DE4424080C1 - Hydraulischer Schlaghammer - Google Patents
Hydraulischer SchlaghammerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schlagham
mer, an dem ein Bohrgestänge zur Durchführung von Erd
bohrungen befestigt werden kann.
In EP 0 203 282 B1 ist ein hydraulischer Schlaghammer
beschrieben, der einen in einem Arbeitszylinder beweg
baren Arbeitskolben und einen in einem Steuerzylinder
bewegbaren Steuerkolben enthält. Der Arbeitszylinder
ist mit dem Steuerzylinder über hydraulische Leitungen
derart verbunden, daß der Arbeitskolben und der Steuer
kolben sich gegenseitig steuern, wobei der Arbeitskol
ben hin- und hergehend bewegt wird und dabei Schläge
auf ein Einsteckende ausübt. An dem Einsteckende wird
das Bohrgestänge befestigt. Ferner kann das Einsteck
ende durch einen Drehantrieb gedreht werden.
Zum Vortreiben des Bohrgestänges im Bohrloch drückt auf
das Hammergehäuse eine Vorschubvorrichtung, die das
Hammergehäuse nach vorne (gegen das Bohrloch) treibt,
während der Arbeitskolben Schläge auf das Einsteckende
ausübt. Zum Herausziehen des Bohrgestänges aus dem
Bohrloch wird das Hammergehäuse zurückgezogen. Dabei
kann es vorkommen, daß der Bohrstrang oder die Bohr
krone im Bohrloch hängenbleibt und das Zurückziehen
behindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
hydraulischen Schlaghammer zu schaffen, der das Zurück
ziehen eines Bohrgestänges mit Hilfe von Druckstößen
erleichtert.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Nach der Erfindung ist am rückwärtigen Ende des Ge
häuses ein Druckraum vorgesehen, in dem der Arbeitskol
ben bei seinen Rückhüben Druckimpulse erzeugen kann.
Diese Druckimpulse werden über eine Leitung auf eine am
vorderen Ende des Hammergehäuses vorgesehene Dämpfungs
einrichtung übertragen, wodurch die Dämpfungsein
richtung einen nach hinten gerichteten Druckstoß auf
das von ihr abgestützte Einsteckende ausübt. Dadurch
wird erreicht, daß am Ende des Rückhubes des Arbeits
kolbens ein Rückzugsimpuls auf das am Einsteckende be
festigte Bohrgestänge ausgeübt wird, so daß das Bohr
gestänge stoßartig beaufschlagt wird und bei Verklem
mungen oder Verhakungen besser freikommt. Diese Druck
impulserzeugung erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn das
Hammergehäuse zurückgezogen wird, während sie bei
Schlägen, die vom Hammerkolben auf das Einsteckende
ausgeübt werden, abgeschaltet sein kann. Die Benutzung
des Schlaghammers zum Freistoßen des Bohrgestänges beim
Zurückziehen setzt voraus, daß der Arbeitskolben
während des Zurückziehens betätigt wird, wobei er in
der Regel allerdings keine Schläge auf das Einsteckende
ausübt, weil das Einsteckende mit axialem Spiel in dem
Hammergehäuse angeordnet ist und beim Zurückziehen von
dem Arbeitskolben nicht erreicht wird.
Die Erzeugung der Druckimpulse in dem Druckraum am
rückwärtigen Ende des Hammergehäuses ist wahlweise ein
schaltbar. Während des Vorschubbetriebes des Hammerge
häuses ist die Erzeugung der Druckimpulse nicht er
forderlich. Wenn die Druckimpulse benötigt werden, kann
entweder aus dem Druckraum heraus ein Amboßkolben vor
geschoben werden, der dann von dem Arbeitskolben er
reicht wird, oder die Rückhublänge des Arbeitskolben
kann durch geeignete Umsteuerung verlängert werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den
Schlaghammer während des normalen Vorschub
betriebes,
Fig. 2 das rückwärtige Ende des Schlaghammers während
des Rückzugsbetriebes, und
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des vorderen Endes
des Schlaghammers.
Der Schlaghammer weist ein langgestrecktes Gehäuse 10
auf, in dem ein Arbeitszylinder 11 ausgebildet ist. In
dem Arbeitszylinder 11 ist der Arbeitskolben 12 axial
bewegbar. Der Arbeitskolben 12 schlägt auf das Ein
steckende 13, das axial verschiebbar im Hammergehäuse
geführt ist und eine Verzahnung 14 für den Drehantrieb
aufweist. Am vorderen Ende 15 des Einsteckendes 13 wird
ein (nicht dargestelltes) Bohrgestänge angeschraubt,
das über das Einsteckende 13 gedreht und mit Schlägen
beaufschlagt wird.
Die Verzahnung 14 des Einsteckendes 13 ist in einem
axialen Freiraum 16 untergebracht, in dem das Einsteck
ende eine vordere und eine hintere Anschlagposition
einnehmen kann. In Fig. 1 ist die (bezogen auf das
Hammergehäuse) hintere Anschlagposition dargestellt.
Mit vorne ist die Richtung zum Ende 15 bzw. zum Bohr
gestänge hin bezeichnet, während hinten die Gegen
richtung bezeichnet.
Zur Steuerung der Bewegung des Arbeitskolbens 12 dient
das Steuerventil 20. Dieses weist einen Steuerkolben 21
auf, der in einem Steuerzylinder 22 bewegbar ist. Das
eine Ende des Steuerzylinders 22 ist mit einer Druck
leitung 24 verbunden, so daß im Innern des hohlen
Steuerkolbens 21 stets der volle Lieferdruck P
herrscht. Eine zum Rücklauf R führende drucklose Rück
laufleitung 25 ist mit dem Steuerzylinder 22 und über
eine Leitung 26 mit dem Arbeitszylinder 11 verbunden.
Ferner sind der Arbeitszylinder 11 und der Steuer
zylinder 22 durch folgende Leitungen verbunden: Die
Druckleitung 24, eine Steuerleitung 27, die drucklose
Leitung 26 und eine Wechselleitung 27a.
In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand befindet sich
der Arbeitskolben 12 in der Nähe seines rückwärtigen
Umkehrpunktes, während der Steuerkolben 21 noch in der
dem Rückhub entsprechenden Stellung ist. Der Rückraum
28a des Arbeitszylinders 11 ist über Leitung 27a mit
der Rücklaufleitung 25 verbunden und damit drucklos.
Auf die vordere Ringkante 28 des Arbeitskolbens wirkt
stets der volle Druck der Druckleitung 24 ein, der den
Arbeitskolben zurücktreibt, wenn der Rückraum 28a
drucklos ist. Der Arbeitskolben 12 verbindet soeben die
beiden Leitungen 26 und 27, wodurch die Steuerleitung
27 drucklos wird, so daß im nächsten Moment der Steuer
kolben 21 in seine andere (linke) Endlage gesteuert
wird, die dem Schlaghub des Arbeitskolbens entspricht.
Hierbei wird dann über das geschlitzte Ende 29 des
Steuerkolbens die Wechselleitung 27a mit dem im Innern
des Steuerkolbens herrschendem Hochdruck beaufschlagt
und andererseits von der Rücklaufleitung 25 abgetrennt.
Da die den Rückraum 28a begrenzende Kolbenfläche 30
größer ist als die Fläche der vorderen Ringkante 28,
wird der Arbeitskolben 12 nach vorne beschleunigt.
Der Arbeitskolben 11 weist an seinem rückwärtigen Ende
einen zylindrischen Ansatz 31 auf, der durch einen Ab
dichtungsbereich 32a des Gehäuses hindurchführt und in
eine Kammer 32 ragt. Am entgegengesetzten Ende der Kam
mer 32 befindet sich ein zylindrischer Druckraum 33, in
dem ein Amboßkolben 34 bewegbar ist. Der Amboßkolben 34
weist einen nach vorne abstehenden verjüngten Ansatz 35
auf, der durch eine abgedichtete Öffnung 36 hindurch in
die Kammer 32 vordringen kann.
Zum Verstellen des Amboßkolbens 34 dient die Steuerein
richtung 37, die zwei Ausgänge 38 und 39 aufweist. Der
Ausgang 38 ist mit dem vorderen Ende des Druckraums 33
und der Auslaß 39 mit dem hinteren Ende des Druckraums
33a verbunden. Durch Druckbeaufschlagung eines der Aus
lässe 38, 39 kann die Stellung des Amboßkolbens 34 im
Arbeitsraum 33 und 33a bestimmt werden.
Das rückwärtige Ende des Druckraums 33a ist mit einer
Leitung 40 verbunden, die ein Rückschlagventil 41 ent
hält, das nur in Richtung vom Druckraum 33 weg durch
lässig ist. Vom mittleren Bereich des Druckraums 33
führt eine weitere Leitung 42 zum Auslaß des Rück
schlagventils 41.
Bei normalem Bohr- und Schlagbetrieb befindet sich der
Amboßkolben 34 in seiner in Fig. 1 dargestellten Rück
zugsposition, in der sein Ansatz 35 von dem Arbeitskol
ben 12 nicht erreicht wird.
Die Steuereinrichtung 37 enthält einen Steuerschieber,
der durch ein Signal am Steuereingang 43 von der Ruhe
stellung in die Arbeitsstellung bewegt werden kann. Am
Druckeinlaß 44 der Steuereinrichtung 37 ist eine Dros
selstelle 45 vorgesehen. In der Ruhestellung verbindet
die Steuereinrichtung 37 den Druckeinlaß 44 mit dem
Auslaß 38. Dabei fließt Drucköl vom Druckeinlaß 44
durch den Druckraum 33 zur Leitung 42 und von dort zur
Leitung 40. Der Ausgang 39 ist in diesem Zustand ge
sperrt. Im Arbeitszustand der Steuereinrichtung 37 ist
der Ausgang 38 gesperrt, während der Druck vom Druck
einlaß 44 an den Ausgang 39 gelegt ist. Der Amboßkolben
34 wird dadurch vorgeschoben und das Drucköl fließt
weiter durch das Rückschlagventil 41 in Leitung 40. In
beiden Stellungen des Amboßkolbens 34 findet ein Ölfluß
durch den Arbeitsraum 33 und 33a statt, um Wärme abzufüh
ren. Die Drosselstelle 45 dient der Bemessung der
Durchflußrate.
Der Einlaß 44 der Steuereinrichtung 37 ist mit dem Aus
gang einer Maximaldruck-Selektionseinrichtung 47 ver
bunden. Diese empfängt an ihrem einen Eingang 48 den
Druck der Druckleitung 24 und an ihren anderen Ein
gängen 49, 50 die Eingangsdrücke eines hydraulischen
Drehmotors 51, der das Einsteckende 13 drehend an
treibt. Die den drei Eingängen 48, 49 und 50 zugeführten
Betriebsdrücke sind jeweils lastabhängig. Da von diesen
Betriebs drücken der größte durch die Steuereinrichtung
37 auf die Druckräume 33 und 33a und die Leitung 40
durchgeschaltet wird, herrscht in der Leitung 40 stets
ein Druck, der umso größer ist, je größer die beim
Schlagbohren entstehende Last ist. Der Maximaldruck-
Selektionseinrichtung 47 kann zum Beispiel auch der jeweilige
Betriebsdruck der Vorschubvorrichtung zugeführt werden.
Der Drehmotor 51 treibt eine Ritzelwelle 52, deren
Ritzel mit einem Zahnrad 53 kämmt, welches die Ver
zahnung 14 des Einsteckendes umgibt. Im Innern des
Zahnrades 53 befindet sich ein innenverzahntes Mit
nahmeteil 54, in dessen Verzahnung die Verzahnung 14
eingreift und das in Lagern 55 des Gehäuses gelagert
ist. Mit dem Mitnahmeteil 54 ist ein Druckteil 56 ver
bunden, das beim Bohrvorschub gegen die Brust der
Verzahnung 14 drückt und dadurch das Einsteckende 13
vorschiebt.
Die vom rückwärtigen Druckraum 33a kommende Leitung 40
führt zu der am vorderen Ende des Gehäuses 10 vorge
sehenen Dämpfungsvorrichtung 60. Diese weist zwei ring
förmige, das Einsteckende 13 umgebende Dämpfungskolben 61
und 62 auf. Der Ringkolben 61 wird durch den Druck im
Zylinderraum 63 nach hinten gedrückt und der Dämpfungs
kolben 62 wird durch den Druck im Zylinderraum 64 eben
falls nach hinten gedrückt. Das vordere Ende des
Dämpfungskolbens 62 stützt sich am rückwärtigen Ende
des Dämpfungskolbens 61 ab. Die Rückwärtsbewegung des
Dämpfungskolbens 62 wird durch einen Anschlagring 65
begrenzt, der gegen einen Gehäuseanschlag 66 stößt. Die
Rückwärtsbewegung des Dämpfungskolbens 61 wird über den
Dämpfungskolben 62 ebenfalls durch den Anschlagring 65
begrenzt.
Der Dämpfungskolben 62 umgibt eine Hülse 67, die in den
Feiraum 16 hinein weiter vorsteht als der Anschlagring
65. Das Ende der Hülse 67 bildet einen ersten Anschlag
68, und das Ende des Anschlagringes 65 bildet einen
zweiten Anschlag 69 für die Vorderflanke 70 der Ver
zahnung 14. Dies bedeutet, daß beim Vorschieben des
Einsteckendes 13 (in Bezug auf das Gehäuse 10) die
Vorderflanke 70 zunächst gegen den Anschlag 68 stößt
und dadurch den Dämpfungskolben 61 nach vorne schiebt.
Wenn der Dämpfungskolben 61 nachgibt, stößt die Vorder
flanke 70 gegen den zweiten Anschlag 69, so daß nach
folgend auch der zweite Dämpfungskolben 62 verschoben
wird. Die Dämpfung erfolgt also stufenweise - zuerst
mit einem, dann mit zwei Dämpfungskolben - in Abhängig
keit von der Größe der auf das Einsteckende 13
wirkenden Kraft.
Die Dämpfungsvorrichtung 60 weist ferner einen hydro
pneumatischen Speicher 71 auf, der mit den beiden
Zylinderräumen 63 und 64 verbunden ist. Beim Schlagbetrieb
dient die Dämpfungsvorrichtung dazu, das Einsteckende
13, auf das der Hammerkolben geschlagen hat, abzufangen
und zu verhindern, daß die kinetische Energie des Ein
steckendes (und des Bohrgestänges) das Hammergehäuse
stoßartig belastet. Die hydraulische Vorspannung ist
dabei lastabhängig, da der hydraulische Vordruck der
Dämpfungsvorrichtung 60, also der Druckanleitung 40,
belastungsabhängig ist.
Beim Zurückziehen des Hammergehäuses wird durch Be
tätigen der Steuereinrichtung 37 der Amboßkolben 34 in
die in Fig. 2 dargestellte Position vorgeschoben, so
daß der Amboßkolben nunmehr von den Rückhüben des Ar
beitskolbens 12 erreicht wird. Die dadurch in der
Leitung 40 hervorgerufenen Druckimpulse werden über das
Rückschlagventil 41 gehalten, so daß in den Zylinder
räumen 63 und 64 der Dämpfungsvorrichtung 60 hohe
Drücke entstehen, während die Vorderflanke 70 an dem
Anschlag 68 oder sogar an beiden Anschlägen 68 und 69
anliegt. Diese Druckimpulse erzeugen daher Stöße, mit
denen die Dämpfungskolben 61 und 62 das Einsteckende 13
zurückdrücken. Es erfolgt also ein lastabhängiges
Druckstoßen gegen das Einsteckende, wobei die Stoß
energie in Abhängigkeit von der auf das Hammergehäuse
einwirkenden Rückzugskraft entweder einstufig (nur von
dem Dämpfungskolben 61) oder zweistufig (von beiden
Dämpfungskolben 61 und 62) aufgebracht wird.
Der Zylinderraum 64 der Dämpfungseinrichtung 60 ist
über eine Drosselstelle 72 mit dem Rücklauf R ver
bunden, so daß die Dämpfungsvorrichtung 60 zum Zwecke
der Wärmeabführung ständig von Drucköl durchströmt ist.
Es besteht die Möglichkeit, den Arbeitskolben 12 beim
Zurückziehen des Hammergehäuses 10, also wenn sich das
Einsteckende 13 in seiner vorderen Endstellung be
findet, so zu steuern, daß der vordere Umkehrpunkt vor
verlagert ist und der Arbeitskolben auch in diesem Zu
stand das Einsteckende noch erreicht. Dann werden beim
Zurückziehen sowohl vorwärts gerichtete Schläge auf das
Einsteckende als auch rückwärts gerichtete Schläge auf
den Amboßkolben 34 ausgeübt. Bei den Vorwärtschlägen
wird jeweils der hydropneumatische Speicher 71 über die
Dämpfungskolben 61, 62 aufgeladen und bei den nach
hinten gerichteten Schlägen wird dieser Druck durch den
Druckimpuls an Leitung noch erhöht. Dadurch werden auf
das Einsteckende 13 lastabhängig sehr starke Druckstöße
ausgeübt.
Claims (9)
1. Hydraulischer Schlaghammer mit
einem Gehäuse (10), das eine Druckleitung (24) und eine Rücklaufleitung (25) aufweist,
einem in dem Gehäuse (10) ausgebildeten Ar beitszylinder (11), in dem ein Arbeitskolben (12) bewegbar ist, der abwechselnd vorwärts gerichtete Schläge auf ein Einsteckende (13) und Rückhübe ausübt,
einem in einem Steuerzylinder (22) bewegbaren Steuerkolben (21), der in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens (12) gesteuert ist und seinerseits die Fluidzufuhr zum Arbeits zylinder (11) steuert und
einer am vorderen Ende des Gehäuses (10) vor gesehenen Dämpfungsvorrichtung (60) zur Ab federung der Schläge des Einsteckendes (13),
dadurch gekennzeichnet, daß am rückwärtigen Ende des Gehäuses (10) ein Druckraum (33a) vorgesehen ist, in dem der Ar beitskolben (12) am Ende des Rückhubes einen Druckimpuls erzeugen kann, und daß der Druckraum (33a) mit der Dämpfungsvorrichtung (60) verbunden ist, so daß diese bei jedem Druckimpuls einen nach hinten gerichteten Stoß auf das an ihr abgestützte Einsteckende (13) ausübt.
einem Gehäuse (10), das eine Druckleitung (24) und eine Rücklaufleitung (25) aufweist,
einem in dem Gehäuse (10) ausgebildeten Ar beitszylinder (11), in dem ein Arbeitskolben (12) bewegbar ist, der abwechselnd vorwärts gerichtete Schläge auf ein Einsteckende (13) und Rückhübe ausübt,
einem in einem Steuerzylinder (22) bewegbaren Steuerkolben (21), der in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens (12) gesteuert ist und seinerseits die Fluidzufuhr zum Arbeits zylinder (11) steuert und
einer am vorderen Ende des Gehäuses (10) vor gesehenen Dämpfungsvorrichtung (60) zur Ab federung der Schläge des Einsteckendes (13),
dadurch gekennzeichnet, daß am rückwärtigen Ende des Gehäuses (10) ein Druckraum (33a) vorgesehen ist, in dem der Ar beitskolben (12) am Ende des Rückhubes einen Druckimpuls erzeugen kann, und daß der Druckraum (33a) mit der Dämpfungsvorrichtung (60) verbunden ist, so daß diese bei jedem Druckimpuls einen nach hinten gerichteten Stoß auf das an ihr abgestützte Einsteckende (13) ausübt.
2. Schlaghammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Druckraum (33a) zusammen mit einem
weiteren Druckraum (33) einen Arbeitsraum (33, 33a)
bildet, der einen von einer Steuereinrichtung (37)
gesteuerten Amboßkolben (34) enthält, welcher in
einer vorgeschobenen Arbeitsstellung von dem
Arbeitskolben (12) bei dessen Rückhüben mit Schlägen
beaufschlagt und in einer Rückzugsstellung vom Ar
beitskolben (12) nicht erreicht wird.
3. Schlaghammer nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuereinrichtung (37) auf jeweils
einen der Druckräume (33, 33a) einen Druck durch
schaltet, der von einer Maximaldruck-Selektionsein
richtung (47) geliefert ist, welche von mehreren ihr
zugeführten Betriebsdrücken den größten auswählt.
4. Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß in einer von dem Druckraum
(33a) zur Dämpfungsvorrichtung (60) führenden Lei
tung (40) ein in Richtung zur Dämpfungsvorrichtung
(60) durchlässiges Rückschlagventil (41) vorgesehen
ist.
5. Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung
(60) über eine Drosselstelle (72) mit dem Rücklauf
(R) verbunden ist.
6. Schlaghammer nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvor
richtung (60) mit dem Druck der Steuereinrichtung
(37) beaufschlagt ist, wenn der Amboßkolben (34)
sich in seiner Rückzugsstellung befindet.
7. Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvor
richtung (60) zwei Dämpfungskolben (61, 62) auf
weist, und daß das Einsteckende (13) mit zwei ge
staffelten Anschlägen (68, 69) der Dämpfungsvor
richtung (60) zusammenwirkt, derart, daß beim Zu
rückziehen des Gehäuses (10) das Einsteckende (13)
zunächst über einen ersten Anschlag (68) den einen
Dämpfungskolben (61) und anschließend über den
zweiten Anschlag (69) auch den zweiten Dämpfungs
kolben (62) vorschiebt.
8. Schlaghammer nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß beide Dämpfungskolben (61, 62) mit
demselben Druck beaufschlagt sind, und gleiche
oder unterschiedlich große Zylinderräume (63, 64)
aufweisen können.
9. Schlaghammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Amboßkolben (34)
in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung einer
das Hammergehäuse bewegenden Vorschubrichtung ge
steuert ist.
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