DE4134956C2 - - Google Patents

Description

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

Derartige Drucklufthämmer werden für Erd- und Gesteins­ bohrungen eingesetzt. Sie können in Verbindung mit Bohr­ geräten eingesetzt werden, die einen Bohrstrang mit Bohrkrone von einer Lafette aus vortreiben und drehen. Dabei ist der Drucklufthammer in der Regel als Tief­ lochhammer ausgebildet, der im Zuge des Bohrstranges unmittelbar hinter der Bohrkrone angeordnet ist. Ferner können Drucklufthämmer als Handhämmer, sogenannte Preß­ lufthämmer, ausgebildet sein, die von Hand geführt werden, um Abbrucharbeiten oder Erd- und Gesteins­ arbeiten durchzuführen. Im Falle eines Handhammers be­ steht die Bohrkrone in der Regel aus einem einfachen Bohrmeißel.

Bei Drucklufthämmern mit Stiftbohrkrone wird die vom Arbeitskolben aufgebrachte Schlagenergie über die Bohr­ krone auf die zum Spalten des Gesteins vorgesehenen Hartmetallstifte bzw. Hartmetallschneiden weiterge­ leitet. Die Schlagfrequenz wird von der zugeführten Druckluftmenge bzw. von der Durchlaßmenge des Druck­ lufthammers bestimmt. Durch Rotation des gesamten Bohr­ werkzeugs wird die Bohrlochsohle zerspalten, abgetragen und das Bohrklein durch die sich entspannende und ab­ strömende Abluft im Ringspalt zwischen Bohrrohr und Bohrlochinnenwand nach außen befördert.

Die Bohrleistung wird im wesentlichen durch folgende Faktoren bestimmt:
Die Einzelschlagenergie, die bei jedem Schlag von dem Arbeitskolben auf die Bohrkrone ausgeübt wird;
die Anzahl und die Fläche der Bohrkronenstifte, auf die die Schlagenergie verteilt wird und die diese Energie in Eindring- und Spalterzeugungs­ arbeit umsetzen;
die Schlagfrequenz;
den Andruck des Bohrwerkzeugs auf der Bohrloch­ sohle;
die Bohrgutabführung bzw. das Freiblasen oder Freispülen der Bohrlochsohle von Bohrklein.

Die für Lufthämmer benötigte Antriebsenergie wird von Kompressoren geliefert. Üblicherweise beträgt der Lieferdruck etwa 7 bis 10 bar bei einer Liefermenge von etwa 5 m³/min.

Auf Baustellen werden in neuerer Zeit Hochdruckkompres­ soren eingesetzt, die ein Druck in der Größenordnung von 20 bar liefern. Mit solchen Hochdruckkompressoren werden auch die auf der Baustelle zum Einsatz kommenden Lufthämmer betrieben, selbst wenn diese Lufthämmer ur­ sprünglich für einen Druck von 7 bis 10 bar ausgelegt waren. Für den Hochdruckbetrieb sind keine Verände­ rungen am Prinzip des Drucklufthammers vorgenommen worden; allenfalls sind bestimmte Komponenten mit höherer Festigkeit oder größerer Materialstärke ausge­ führt worden. Dies führt dazu, daß dieselben Druckluft­ hämmer in einem weiten Bereich des Lieferdrucks zwischen etwa 7 bar und 25 bar betrieben werden. Bei höherem Lieferdruck steigen Schlagfrequenz und Schlag­ energie, jedoch wird die Bohrleistung nicht in gleichem Maß verbessert. Dies liegt daran, daß es für die Bohr­ leistung wesentlich auf die Schlagenergie pro Bohr­ kronenstift ankommt. Die Bohrleistung ist nur dann optimal, wenn die Schlagenergie pro Bohrkronenstift in einem bestimmten Bereich gehalten wird. Oberhalb dieses Bereichs wird die Spalttiefe des Gesteins (Spaltarbeit) nicht wesentlich verbessert, obwohl der Druckluftver­ brauch stark steigt. Die Bohrleistung bleibt also weit hinter der installierten Kompressorleistung zurück. Es ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad. Hinzu kommt, daß bei hoher Schlagenergie des Arbeitskolbens Prell­ schläge am Amboß entstehen. Solche Prellschläge führen zu einer enormen Beanspruchung von Bohrkronenschaft und Arbeitskolben, mit der Folge, daß häufig Schaftbrüche und Kolbenbrüche auftreten. Bei handgeführten Druck­ lufthämmern entstehen bei zu hohem Lieferdruck durch die Prellschläge außerdem erhebliche Körperbelastungen für den Bediener, mit der Gefahr gesundheitlicher Schädigungen, insbesondere des Knochenbaus.

Der Betreiber einer Bohreinrichtung bezieht in der Regel das Bohrgerät, den Kompressor, den Drucklufthammer und die Bohrkrone von jeweils anderen Herstellern. Dadurch kommt in der Regel eine nicht-abgestimmte Kombination von Komponenten zum Einsatz. Der Betreiber ist nicht in der Lage, diese Komponenten so zu wählen, daß eine optimale Bohrleistung mit hohem Wirkungsgrad bei geringer Materialbeanspruchung erreicht wird.

Aus GB 21 57 220 A ist ein hydraulischer oder pneumatischer Hammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. Dieser Hammer weist außer einem in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben einen zusätzlichen Steuerzylinder auf, in dem ein Steuerkolben bewegbar ist. Der Arbeitskolben steuert in Abhängigkeit von seiner Kolbenstellung die Druckzufuhr zum Steuerzylinder, und der Steuerkolben steuert in Abhängigkeit von seiner Stellung die Druckzufuhr zum Arbeitszylinder. Die Steuerteile zur Steuerung des Arbeitskolbens sind somit am Steuerkolben und am Steuerzylinder angeordnet. Der Arbeitszylinder weist zwei axial gegeneinander versetzte Ringnuten auf, die durch ein druckgesteuertes Pilotventil entweder miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Das Pilotventil kann nur eine Öffnungs- oder Schließstellung einnehmen, so daß entweder nur eine Ringnut wirksam ist oder beide Ringnuten gemeinsam wirksam sind. Wenn das Pilotventil offen ist, wird der Rückhub des Arbeitskolbens schneller beendet, so daß die Hubhöhe verringert und die Hubfrequenz erhöht wird. Der Steuerdruck für die Betätigung des Pilotventils kann entweder manuell oder auch in Abhängigkeit von dem Lieferdruck verändert werden. Die Steuereinrichtung für das Pilotventil ist entfernt von der Schlagvorrichtung angeordnet. Dieser Drucklufthammer hat einen komplexen und wegen des separaten Steuerzylinders auch einen voluminösen Aufbau. Er eignet sich beispielsweise nicht als Tieflochhammer, der im Zuge eines Bohrstranges eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucklufthammer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der bei kompaktem Aufbau mit unterschiedlichen Lieferdrücken betrieben werden kann und in einem weiten Bereich von Lieferdrücken eine gute Bohrleistung mit hohem Wirkungsgrad bei geringer Materialbeanspruchung ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Drucklufthammer sind die Steuerteile, die die Druckluft zum und vom Arbeitszylinder steuern, am Arbeitszylinder und am Arbeitskolben angeordnet, und zwar an den stirnseitigen Enden. Die Druckluftsteuerung erfolgt also in Abhängigkeit von der Position des Arbeitskolbens. Die Umsteuervorrichtung ist in den Arbeitszylinder und den Arbeitskolben integriert, so daß der Drucklufthammer einen kompakten Aufbau hat. Die Stelleinrichtung verschiebt das zylinderseitige Steuerteil des rückwärtigen Paares in Abhängigkeit von einem Steuerdruck in Längsrichtung des Arbeitskolbens. Dadurch wird beim Arbeitshub des Arbeitskolbens die Beendigung der Expansions- oder Antriebsphase entsprechend dem Steuerdruck verändert.

Wenn als Steuerdruck der Lieferdruck oder ein davon abgeleiteter Druck benutzt wird, wird bei hohem Lieferdruck der Druckluft der Kolbenhub verringert, so daß der Kolben im wesentlichen mit gleicher Geschwindigkeit auf den Amboß auftritt wie im Falle eines geringen Lieferdrucks. Trotz der durch den hohen Lieferdruck hervorgerufenen großen Beschleunigung ist die Auftreffgeschwindigkeit auf den Amboß jedenfalls nicht wesentlich größer als im Falle eines geringen Lieferdrucks. Bei hohem Lieferdruck und bei ent­ sprechend verkürztem Arbeitshub des Arbeitskolbens er­ gibt sich natürlich eine höhere Schlagfrequenz als bei geringerem Lieferdruck. Daher wird die Bohrleistung erhöht, ohne daß der Wirkungsgrad verschlechtert würde. Das Volumen der verbrauchten Druckluft wird sogar noch reduziert.

Die Stelleinrichtung verändert vorzugsweise den Beginn der Kompressionsphase beim Rückhub des Arbeitskolbens. Dadurch wird die Länge des Rückhubes verändert, indem das Volumen der rückwärtigen Zylinderkammer, in der sich ein Luftpolster ausbildet, verändert wird.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, am Druckluft­ hammer eine Einstellvorrichtung vorzusehen, die ent­ weder unmittelbar am Hammergehäuse vorgesehen ist oder über eine Übertragungseinrichtung fernbetätigt werden kann. Es ist auch möglich, eine pneumatische Verstell­ einrichtung vorzusehen, deren Druck unabhängig vom Lieferdruck der Druckluft manuell eingestellt werden kann. Solche manuellen Einstellvorrichtungen ermög­ lichen es dem Benutzer, die Hublänge des Arbeitskolbens zu beeinflussen.

Vielfach ist der Benutzer nicht in der Lage, die rich­ tige Hublänge einzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Hublänge in Abhängigkeit vom Lieferdruck automa­ tisch gesteuert wird. Diese automatische Stelleinrich­ tung ist im Drucklufthammer angeordnet, so daß sämt­ liche Druckverluste in dem zum Drucklufthammer führen­ den Leitungssystem oder Gestänge berücksichtigt werden.

Der Lieferdruck, der die Stelleinrichtung betätigt, ist nicht derjenige Druck, den der Kompressor liefert, son­ dern der am Drucklufthammer unmittelbar auftretende Druck, der auch die Beschleunigung des Arbeitskolbens bewirkt.

Der Lieferdruck am Drucklufthammer braucht nicht unver­ ändert zur Steuerung der Stelleinrichtung benutzt zu werden. Es ist vielmehr auch möglich, eine z. B. propor­ tionale Druckumwandlung vorzunehmen und die Stell­ einrichtung mit einem vom Lieferdruck abhängigen Druck zu steuern.

Ferner kann zusätzlich zur automatischen Steuerung der Stelleinrichtung noch eine manuelle Verstellmöglichkeit vorgesehen sein, um die Schlagenergie beispielsweise auf die Zahl der Bohrkronenstifte einstellen zu können.

Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar bei Tiefloch­ hämmern, die im Zuge eines Bohrstranges angeordnet sind, sowie bei Hand- bzw. Abbruchhämmern. Bei letzte­ ren wird durch das Konstanthalten der Einzelschlag­ energie verhindert, daß reflektierte Energie in die Handgelenke bzw. Arme des Bedieners übertragen wird und zu gesundheitlichen Schäden führt.

Bei Kompressoren, deren Luftdruck nicht regelbar ist, oder bei Kompressoren, die an mehrere Luftabnehmer an­ geschlossen sind, welche Luftdruck benötigen, erfolgt eine selbsttätige Anpassung des Drucklufthammers an den Lieferdruck, mit der Folge, daß die Schlagenergie unab­ hängig vom Lieferdruck im wesentlichen konstant gehal­ ten wird und bei hohem Lieferdruck lediglich die Schlagfrequenz erhöht wird. Die Komponenten des Druck­ lufthammers werden geschont und ihre Lebensdauer wird erhöht.

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

Es zeigt

Fig. 1 den vorderen Teil eines Drucklufthammers als Tieflochhammer in einem Bohrstrang,

Fig. 2 den rückwärtigen Teil des Tieflochhammers nach Fig. 1,

Fig. 3 den vorderen Teil des Tieflochhammers mit in der rückwärtigen Endstellung befindlichem Arbeitskolben,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Stell­ einrichtung ein Steuerrohr und eine Steuerwand des Arbeitszylinders gemeinsam verstellt,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit druckabhängig schaltendem Umschaltventil zur Erzielung einer höheren Schlagzahl,

Fig. 6 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Fig. 5, jedoch zusätzlich mit einem den rückwärtigen Zylinderraum verkleinernden Arbeitskolben,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen von Fig. 4, jedoch mit einer anderen Bauart des druckabhängig schaltenden Umschaltventils,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Stell­ kolben der Stelleinrichtung den Arbeitshub unterstützt,

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel mit einem in den Arbeitskolben eintauchenden Steuerdorn zur Um­ steuerung des Arbeitskolbens und

Fig. 10 das Ausführungsbeispiel von Fig. 9, jedoch mit in der rückwärtigen Endstellung befindlichem Arbeitskolben.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Drucklufthammer ist ein Tieflochhammer mit einem langgestrecken rohr­ förmigen Hammergehäuse 10, aus dem am vorderen Ende der Kopf 12 einer Bohrkrone 11 vorsteht. Der Kopf 12 der Bohrkrone 11 weist (nicht dargestellte) Hartmetallstifte auf. Der Schaft 13 der Bohrkrone 11 ragt in das Hammergehäuse 10 hinein. Er steht über eine Keilverzahnung mit einem in das Hammergehäuse 10 eingeschraubten Adapter 14 in Ein­ griff, um die Drehung des Hammergehäuses 10 auf die Bohr­ krone 11 übertragen zu können. Der Schaft 13 der Bohrkrone 11 ist in Grenzen längsverschiebbar geführt, so daß die Bohrkrone 11 bei rückwärtigen Schlägen auf den Schaft 13 relativ zum Hammergehäuse 10 vorschnellen kann. Das rück­ wärtige Ende des Schafts 13 bildet den Amboß 15, auf den der Arbeitskolben 16 schlägt. Der Arbeits­ kolben 16 besteht aus dem Kolbenkörper 17, der Dicht­ nuten aufweist, und dem sich daran anschließenden Steuerrohr 18 in Form eines zylindrischen Schaftes verringerten Durchmessers, das mit seiner Stirnfläche gegen den Amboß 15 schlägt. Durch den Arbeitskolben 16 erstreckt sich über dessen gesamte Länge eine Bohrung 19, die mit einer Längsbohrung 20 der Bohrkrone 11 ausgerichtet ist. Am Kopf 12 der Bohr­ krone 11 befinden sich mit der Längsbohrung 20 in Verbin­ dung stehende Auslässe 21, durch die die entspannte Abluft des Drucklufthammers zum Zurückspülen des Bohr­ guts an der Bohrlochsohle austritt.

Der Arbeitskolben 16 ist in dem rohrförmigen Innenzylinder 22 verschiebbar geführt, wobei der der Bohrkrone 11 zuge­ wandte vordere Zylinderraum mit 23 und der der Bohr­ krone 11 abgewandte rückwärtige Zylinderraum mit 24 be­ zeichnet ist. Der Innenzylinder 22 ist von einem Ring­ kanal 25 umgeben, durch den die Druckluft über die ge­ samte Länge des Innenzylinders 22 transportiert wird. Der Innenzylinder 22 weist radiale Steuerbohrungen 26 und 27 auf, von denen die Steuerbohrung 26 mit einer vorderen Steuerfläche 28 und die Steuerbohrung 27 mit einer rückwärtigen Steuerfläche 29 des Kolbenkörpers 17 zusammenwirkt. Außerdem ist im rückwärtigen Endbe­ reich des Innenzylinders 22 eine Unterstützungsbohrung 30 vorgesehen, durch die Druckluft in den rückwärtigen Zylinderraum 24 gelangt.

Am vorderen Ende des Arbeitszylinders befindet sich eine fest im Hammergehäuse 10 angebrachte Führungshülse 31 mit einer Bohrung 31a, die längslaufende Nuten 32 aufweist, welche den Ringkanal 25 mit einem den Schaft 13 der Bohrkrone 11 umgeben­ den Ringkanal 33 verbinden. Von diesem Ringkanal 33 führen Drosselbohrungen 34 zu der Längsbohrung 20 des Schafts 13, um einen Teil der Druckluft am Hammer vorbei in die Längsbohrung 20 zu leiten. Die Führungs­ hülse 31 dient zur abdichtenden Führung des Steuerrohres 18 des Arbeitskolbens 16. Am Ende des Steuerrohres 18 sind kurze Längsnuten 35 vorgesehen.

Der rückwärtige Zylinderraum 24 wird nach hinten durch einen Einsatz 36 begrenzt, der die Stelleinrichtung 37 aufnimmt. Die Stelleinrichtung 37 enthält den Stell­ kolben 38, der in einem Stellzylinder 39 des Einsatzes 36 verschiebbar ist und von dem ein Steuerrohr 40 nach vorne absteht, welches durch eine Bohrung der stirn­ seitigen Zylinderwand 41 hindurchragt. Der Kanal 40a des Steuerrohrs 40 steht ständig mit der Längsbohrung 20 und dem Inneren des Stellzylinders 39 in pneuma­ tischer Verbindung, so daß im Stellzylinder 39 ständig der niedrige Entspannungsdruck herrscht. Im Stell­ zylinder 39 befindet sich eine Feder 42, die den Stell­ kolben 38 nach hinten drückt. Das rückwärtige Ende des Stellkolbens 38 steht mit einem Druckraum 43 in Ver­ bindung, in dem ständig der Lieferdruck herrscht.

Gemäß Fig. 2 ist hinter dem Druckraum 43 ein Rück­ schlagventil 44 angeordnet, das in dem Fall, daß drückendes Wasser von der Bohrkrone 11 her gegen die zuge­ führte Druckluft aufsteigt, den Weg dieses Wassers ver­ sperrt. Das Rückschlagventil 44 ist also nur in Rich­ tung vom Bohrstrang 45 zur Bohrlochsohle durchlässig, in Gegenrichtung aber undurchlässig.

Das rückwärtige Ende des Hammergehäuses 10 ist mit dem vorderen Ende des Bohrstrangs 45 durch ein Einsatzstück 46 verbunden, wobei eine Keilverzahnung 47 des Einsatz­ stückes 46 mit einer Keilverzahnung einer mit dem Hammergehäuse 10 verschraubten Hülse 48 zusammengreift. Die Keilverzahnungen erlauben eine begrenzte Axialver­ schiebung des Hammergehäuses 10 in Bezug auf den Bohr­ strang 45. Eine Feder 49 stützt sich an einem Stützring 50 ab, der seinerseits an dem Ende der Keilverzahnung der Hülse 48 abgestützt ist. Die Feder 49 drückt die gehäusefesten Innenteile des Drucklufthammers axial gegeneinan­ der und erlaubt erschütterungsbedingte Verschiebungen dieser Teile.

Die zugeführte Druckluft gelangt aus dem Bohrstrang 45 durch das hohle Einsatzstück 46 über das Rückschlagventil 44 einerseits zum Druckraum 43 und andererseits in den Ringkanal 25.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Drucklufthammer arbeitet wie folgt:

In Fig. 1 ist der Arbeitskolben 16 in seiner vorderen End­ stellung dargestellt, in der das Steuerrohr 18 am Amboß 15 anliegt. Der vordere Zylinderraum 23 ist auf ein Mini­ mum reduziert und steht über die Steuerbohrung 26 mit dem Druck im Ringkanal 25 in Verbindung. In dieser Situation beginnt der Rückhub des Arbeitskolbens 16, weil der rückwärtige Zylinderraum 24 über die Bohrung 19 mit der drucklosen Längsbohrung 20 der Bohrkrone 11 in Verbindung steht. Beim Rückhub führt der Arbeitskolben 16 eine Beschleunigungsphase aus. Durch den im vorderen Zylinderraum 23 herrschenden, auf die vordere Steuer­ fläche 28 einwirkenden Druck wird der Arbeitskolben 16 beschleunigt. Diese Beschleunigungsphase dauert so­ lange, bis die rückwärtigen Enden der Längsnuten 35 das rückwärtige Ende der Führungshülse 31 erreicht haben. Der entsprechende Beschleunigungsabschnitt BA ist in Fig. 1 eingezeichnet. Danach steht der vordere Zylinderraum 23 über die Längsnuten 35 mit der drucklosen Längsbohrung 20 in Verbindung. Es schließt sich eine Leerlaufphase an, in der der Rückhub des Arbeitskolbens 16 nicht angetrieben ist. Die aus dem rückwärtigen Zylinderraum 24 ver­ drängte Luft strömt durch die Bohrung 19 des Arbeits­ kolbens 16 ab.

Wenn die rückwärtige Steuerfläche 29 des Arbeitskolbens 16 das vordere Ende des Steuerrohres 40 erreicht, ist die Leerlaufphase beendet. Es schließt sich die Kompres­ sionsphase an, in der die Luft in dem das Steuerrohr 40 umgebenden Ringraum des Arbeitszylinders komprimiert wird. Das Steuerrohr 40 verschließt nunmehr die Öffnung der Bohrung 19.

Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem der Arbeitskolben 16 seine rückwärtige Endstellung erreicht hat. Die im rückwärtigen Zylinderraum 24 eingeschlossene Luft ist stark kompri­ miert. Durch dieses Luftkissen ist die Rückwärtsbe­ wegung des Arbeitskolbens 16 abgebremst worden. Nunmehr erfolgt der Arbeitshub, bei dem das im rückwärtigen Zylinderraum 24 komprimierte Luftkissen expandiert und den Arbeits­ kolben 16 in Schlagrichtung antreibt. Dieser Antrieb wird durch die die Unterstützungbohrung 30 passierende Luft noch verstärkt. Die Antriebsphase endet, wenn die rück­ wärtige Steuerfläche 29 des Arbeitskolbens 16 das vordere Ende des Steuerrohrs 40 passiert hat. Der Antriebsab­ schnitt, in dem der Arbeitskolben 16 in Schlagrichtung beschleunigt wird, ist in Fig. 3 mit AA bezeichnet.

Am Ende des Arbeitshubes schlägt das Steuerrohr 18 des Arbeitskolbens 16 gegen den Amboß 15, wobei in dem vorde­ ren Zylinderraum 23 kurz vor dem Aufschlag noch ein Luftpolster gebildet wurde.

Die bisher beschriebene Arbeitsweise gilt für den Fall, daß der Lieferdruck der Druckluft einen relativ niedrigen Wert von etwa 7 bis 10 bar hat. Ein solcher im Druckraum 43 herrschender Druck wird von der Feder 42 überwunden, so daß der Stellkolben 38 entgegen diesem Druck in seine rückwärtige Endstellung gebracht wird und das Steuerrohr 40 ebenfalls seine rückwärtige Endstellung einnimmt.

Ist der Steuerdruck höher, dann wird der Stellkolben 38 zusammen mit dem Steuerrohr 40 vorgeschoben, wobei das Maß des Vorschubs von der Größe des Lieferdrucks ab­ hängt. Bei hohem Lieferdruck wird die Leerlaufphase verkürzt. Dies bedeutet, daß die Steuerfläche 29 das vordere Ende des Steuerrohrs 40 früher erreicht und die Kompressionsphase früher beginnt. Der Kolbenhub (Rück­ hub) wird damit verkürzt, so daß der nächstfolgende Arbeitshub des Arbeitskolbens 16 weiter vorne einsetzt. Andererseits ist die Kompression im rückwärtigen Zylinderraum 24 wegen des größeren Volumens kleiner als bei zurückgezogenem Steuerrohr 40. Der Kolbenhub des Arbeitskolbens 16 wird somit verkleinert, so daß die Ge­ schwindigkeit, mit der der Arbeitskolben 16 auf den Amboß 15 auftrifft, trotz des höheren Lieferdruckes etwa gleich derjenigen Auftreffgeschwindigkeit ist, die bei gerin­ gerem Lieferdruck und bei zurückgezogenem Steuerrohr 40 erzielt wird.

Die Vorschubposition des Steuerrohrs 40 kann so gewählt werden, daß beim Rückhub die Beschleunigungsphase und die Kompressionsphase, ohne dazwischenliegende Leer­ laufphase, unmittelbar aneinander anschließen oder sich sogar überlappen.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 entspricht dem­ jenigen der Fig. 1 bis 3, so daß nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden. Am Steuerrohr 40 ist eine Scheibe 70 befestigt, die die durch den Stell­ kolben 38 hervorgerufene druckabhängige Bewegung des Steuerrohrs 40 mitmacht. Durch die Scheibe 70 oder an dieser vorbei verläuft ein Drosselkanal 71. Hinter der Scheibe 70 und vor dem Einsatz 36 ist ein Raum 72 gebildet, der sich entsprechend dem Lieferdruck der Druckluft vergrößert und verkleinert. Dieser Raum 72 steht über den Drosselkanal 71 mit dem rückwärtigen Zylinderraum 24 in Verbindung. Der Druck im Raum 72 folgt mit einer gewissen Verzögerung dem Druck des rückwärtigen Zylinderraum 24. Dadurch bildet sich im Raum 72 ein träges Druckpolster. Die Scheibe 70 ver­ ringert das Volumen des Arbeitszylinders entsprechend dem Lieferdruck der Druckluft. Dadurch wird das rück­ wärtige Ende des rückwärtigen Zylinderraumes 24 in Abhängigkeit vom Lieferdruck nach vorne verschoben, wodurch bei höherem Lieferdruck der Rückhub des Arbeitskolbens 16 verringert wird.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 entspricht ebenfalls weitgehend demjenigen der Fig. 1 bis 3, so daß die nachfolgende Beschreibung sich auf die Erläuterung der Unterschiede beschränkt. Am rückwärtigen Ende des Arbeitszylinders ist vor der Stelleinrichtung 37 ein druckabhängig schaltendes Umschaltventil 75 vorgesehen, das hier als Stulpenventil ausgebildet und in der rück­ wärtigen Stirnwand 76 des Arbeitszylinders unterge­ bracht ist. Das Umschaltventil 75 weist einen rohrförmigen Ventilkörper 77 auf, dessen eines Ende 78 stulpenförmig aufgeweitet ist. Das aufgeweitete Ende 78 wirkt ab­ wechselnd mit einem von zwei Ventilsitzen 79 oder 80 zusammen. Der rohrförmige Ventilkörper 77 des Umschaltventils 75 umgibt das Steuerrohr 40 mit radialem Abstand. Es ist in axialer Richtung ver­ schiebbar, wobei sein Ende 78 sich entweder gegen den Ventilsitz 79 oder gegen den Ventilsitz 80 legt. Der Einlaß des Umschaltventils 75 steht mit einem Ringkanal 81, in dem der Lieferdruck herrscht, in Verbindung. Den einen Auslaß des Umschaltventils 75 bildet der Ringraum 82 im Inneren des rohrförmigen Ventilkörpers 77 und den anderen Auslaß bildet der Ringraum 83, der den rohrförmigen Ventilkörper 77 umgibt und mit dem Ring­ kanal 25 in Verbindung steht. Gesteuert wird das Um­ schaltventil 75 durch die Drücke in den Ringräumen 82 und 83. Überwiegt der Druck im Ringraum 83, dann wird das Ende 78 gegen den Ventilsitz 80 gedrückt und der Ringraum 83 (und somit auch der Ringkanal 25) wird mit dem Liefer­ druck versorgt. Überwiegt dagegen der Druck im rückwärtigen Zylinder­ raum 24 (und somit im Ringraum 82), wird das Ende 78 gegen den Ventilsitz 79 gedrückt, wodurch der rückwärtige Zylinder­ raum 24 mit dem Lieferdruck versorgt wird, während der Ringraum 83 drucklos wird. Das Umschaltventil 75 unter­ stützt den Arbeitshub und seine Wirkung erhöht die Schlagfrequenz des Drucklufthammers.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 unterscheidet von demjenigen der Fig. 5 dadurch, daß die rückwärtige Stirnwand 76 einen bewegbaren Ringkolben 85 enthält, dessen Kolbenraum 86 mit dem rückwärtigen Zylinderraum 24 ständig in Verbindung steht. Gegenüber dem Kolbenraum 86 ist ein weiterer Kolbenraum 87 angeordnet, der über einen Dros­ selkanal 88 mit dem Ringraum 83 in Verbindung steht. Auf diese Weise herrscht im Kolbenraum 86 stets der Druck des rückwärtigen Zylinderraums 24 und im Kolbenraum 87 herrscht stets der Druck des Ringkanals 25, der ent­ sprechend der Stellung des druckabhängig schaltenden Umschaltventils 75 variiert. Der Ringkolben 85 ragt in seiner Vorschubstellung, wenn der Druck im Kolbenraum 86 überwiegt, in den rückwärtigen Zylinderraum 24 hinein, während er im zurückgezogenen Zustand, wenn der Druck im Kolben­ raum 87 überwiegt, bündig mit der Zylinderwand ab­ schließt. Der Ringkolben 85 bildet ein Teil der von der Bohrkrone 11 entfernt angeordneten rückwärtigen Stirnwand 76. Infolge des Drosselkanals 88 kann der Ringkolben 85 den periodischen Druckänderungen nicht schnell genug folgen, so daß er sich auf eine Mittelstellung ein­ stellt, die von der Höhe des Lieferdrucks bzw. von der Höhe des im rückwärtigen Zylinderraum 24 maximal herrschenden Drucks abhängt. Dadurch wird das Volumen des Arbeitszylinders druckabhängig verändert, derart daß dieses Volumen bei erhöhtem Druck abnimmt. Diese Volumenveränderung er­ folgt zusätzlich zu der durch die Stelleinrichtung 37 hervorgerufenen Verkürzung der Hublänge.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 entspricht weit­ gehend demjenigen von Fig. 5, wobei als Umschaltventil 75a ein Blättchenventil mit einem bewegbaren Blatt 90 benutzt wird, das abwechselnd gegen die Ventilsitze 79 und 80 gesetzt werden kann. Diese Ausführungsform hat die gleiche Wirkung wie das Um­ schaltventil 75.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist gegenüber demjenigen der Fig. 7 dahingehend weiterentwickelt, daß der Stellkolben 38a, der mit dem Steuerrohr 40 ver­ bunden ist, zugleich die rückwärtige Stirnwand des Arbeitszylinders bildet. Mit einer Veränderung des Lieferdrucks wird auch die Position der rückwärtigen Stirnwand verändert, so daß das Volumen des Zylinder­ raums bei einer Erhöhung des Lieferdrucks verkleinert wird. Diese druckabhängige Verstellung der rückwärtigen Zylinderwand oder eines Teiles dieser Zylinderwand unterstützt die Wirkung der Stelleinrichtung 37. Bei Fig. 8 ist die Feder 42 im Inneren des rückwärtigen Zylinderraums 24 angeordnet und an einem Ringkragen 91 des Innenzylinders 22 abgestützt.

Der Ringkanal 81 steht in ständiger Verbindung mit dem Lieferdruck und der Ringraum 83 steht in ständiger Ver­ bindung mit dem Ringkanal 25. Die Bohrung 92 des Steuer­ rohrs 40 ist ständig mit einem (nicht dargestellten) drucklosen Ablaufkanal verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 und 10 ist ein hohler Arbeitskolben 16a vorgesehen. In der Längs­ bohrung des Arbeitskolbens 16a ist ein Steuerdorn 100 angeordnet, der einen längslaufenden Kanal 101 sowie Steuerbohrungen 26a und eine Steuernut 27a aufweist. Das rückwärtige Ende des Steuerdorns 100 ist mit dem Stellkolben 38c verbunden, der von der Feder 42 in Richtung auf den Druckraum 43 gedrückt wird. Übersteigt der Druck im Druckraum 43 die Kraft der Feder 42, dann wird der Steuerdorn 100 im Inneren des ringförmigen Arbeitskolbens 16a nach vorne, d. h. in Richtung auf die Bohr­ krone 11, verschoben.

Der Steuerdorn 100 ragt in einen erweiterten Bereich 20a der Längsbohrung 20 des Schafts 13 der Bohrkrone 11 hinein. In dem Endabschnitt 102 des Steuerdorns 100 befinden sich die Steuerbohrungen 26a, die ständig druckentlastet sind, weil sie mit der Längsbohrung 20 in Verbindung stehen. Zwischen dem Kanal 101 und der Längsbohrung 20 befindet sich eine Drosselöffnung 103, durch die zur Unter­ stützung der Rückspülung von Bohrgut ständig Luft aus­ treten kann.

Der Steuerdorn 100 weist eine mit dem Kanal 101 in Ver­ bindung stehende Ringnut 104 auf, in der ständig der Lieferdruck herrscht, sowie eine Steuernut 27a, die über einen Kanal 105 ständig drucklos ist. Mit dem Inneren des Kanals 101 ist ein Querkanal 106 verbunden, der mit einem Kanal 107 des ringförmigen Kolbens 16a in Übereinstimmung gebracht werden kann. Ein weiterer Kanal 108 des Arbeitskolbens 16a kann wechselweise mit der Steuernut 27a oder der Ringnut 104 zur Deckung kommen.

Fig. 9 zeigt den Zustand bei Beginn des Rückhubes. Durch den Kanal 101, den Querkanal 106 und den Kanal 107 gelangt Druck in den vorderen Zylinderraum 23, so daß die vordere Steuerfläche 28 des Arbeitskolbens 16a von dem Amboß 15 abhebt und sich zurückbewegt. Die Be­ schleunigungsphase endet, sobald die vordere Steuerfläche 28 in den Bereich der Steuerbohrungen 26a gelangt. In dieser Phase ist der rückwärtige Zylinderraum 24 über den Kanal 108, die Steuernut 27a und den Kanal 105 drucklos. Wenn der Kanal 108 die drucklose Steuernut 27a verlassen hat, beginnt sich in dem rückwärtigen Zylinderraum 24 ein Druck aufzubauen. Es beginnt die Kompressionsphase, bei der der rückwärtige Zylinderraum 24 sich zunehmend verkleinert, bis der Kanal 108 in den Bereich der druckbeaufschlagten Ringnut 104 gelangt. Dabei gelangt zusätzliche Druckluft in den rückwärtigen Zylinderraum 24. Beim Arbeitshub entspannt sich die Luft im rückwärtigen Zylinderraum 24, wodurch der Arbeitskolben 16a die Antriebs­ phase ausführt, bis seine Steuerfläche 28 schließlich gegen den Amboß 15 schlägt.

Durch den verschiebbaren Steuerdorn 100 wird folgendes erreicht: Bei hohem Lieferdruck wird der Steuerdorn 100 nach vorne verschoben. Durch die Vorverlagerung der Steuerbohrungen 26a wird die Beschleunigungsphase früher beendet, so daß die dem Arbeitskolben 16a mitgeteilte kine­ tische Energie geringer ist. Durch die Vorverlagerung der Steuernut 27a erfolgt das Abtrennen des rückwärti­ gen Zylinderraums 24 früher, so daß die Kompressions­ phase früher beginnt. Durch beide Maßnahmen, nämlich Verkürzung der Beschleunigungsphase und früherer Beginn der Kompressionsphase, wird zunächst der Rückhubweg des Arbeitskolbens 16a verringert und die dem Arbeitskolben 16a während des Arbeitshubes mitgeteilte Energie wird eben­ falls verringert. Auf diese Weise wird erreicht, daß unabhängig vom Lieferdruck pro Schlag eine im wesent­ lichen gleiche Schlagenergie auf den Amboß 15 aufgebracht wird.

Claims (7)

1. Drucklufthammer mit einem in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben (16), der über einen Amboß (15) Schläge auf eine Bohrkrone (11) ausübt, und mit Paaren von Steuerteilen, die die Druckluftzufuhr zu den Zylinderräumen (23, 24) des Arbeitskolbens (16) steuern und derart zusammenwirken, daß der Arbeitskolben (16) einen Rückhub und anschließend einen vorwärts gerichteten Arbeitshub mit einer Arbeitsphase und einem Aufprall auf den Amboß (15) ausführt, und mit einer Stelleinrichtung (37), mit der die Rückhublänge in Abhängigkeit vom Lieferdruck der Druckluft veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Steuerteilen aus jeweils einer Bohrung (19, 31a) und einem in diese eintauchenden Steuerrohr (40, 18) bestehen und zu beiden Enden des Arbeitszylinders und des Arbeitskolbens (16) angeordnet sind und derart zusammenwirken, daß der Arbeitskolben (16) bei seinem Rückhub eine Beschleunigungsphase ausführt, solange das vordere Paar von Steuerteilen in gegenseitigem Eingriff ist und anschließend eine Luft-Kompressionsphase ausführt, solange das rückwärtige Paar von Steuerteilen in gegenseitigem Eingriff ist, und daß die Stelleinrichtung (37) das zylinderseitige Steuerteil des rückwärtigen Paares in Abhängigkeit von einem Steuerdruck in Längsrichtung des Arbeitskolbens (16) verschiebt.

2. Drucklufthammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck der Lieferdruck am Drucklufthammer ist.

3. Drucklufthammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (37) die Position mindestens eines Teiles (Scheibe (70)) der rückwärtigen Zylinderwand verstellt.

4. Drucklufthammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (37) einen vom Steuerdruck betätigten Stellkolben (38) aufweist.

5. Drucklufthammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (38) mit dem in den Arbeitszylinder ragenden Steuerrohr (40) verbunden ist, das in die Bohrung (19) des Arbeitskolbens (16) eintauchen kann.

6. Drucklufthammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der Druckluft hinter der Stelleinrichtung (37) ein druckabhängiges Umschaltventil (75, 75a) angeordnet ist, das vom Druck in dem rückwärtigen Zylinderraum (24) des Arbeitszylinders gesteuert ist und in der einen Stellung den Lieferdruck in den rückwärtigen Zylinderraum (24) und in der anderen Stellung in den vorderen Zylinderraum (23) leitet.

7. Drucklufthammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Längsbohrung im Arbeitskolben (16a) ein von der Stelleinrichtung (37) axial verschiebbarer Steuerdorn (100) angeordnet ist, der mit dem Lieferdruck verbunden ist und ein gemeinsames Steuerrohr für beide Paare von Steuerteilen bildet.