-
Pneumatischer Gesteinsbohrer oder ähnliches Schlagwerkzeug mit einem
ringförmigen, in einem Gehäuse sich axial hin- und herbewegenden Verteilerventil
Die Erfindung betrifft Gesteinsbohrer mit pneumatischem Stoßbetrieb und insbesondere
automatisch betätigte Verteilerventile hierfür.
-
Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gesteinsbohrers
oder eines anderen, durch ein Fluidum betätigten Werzeugs mit einem Verteilerventil,
das nicht nur zwangsweise und selbsttätig verschoben oder betätigt wird, sondern
das außer-(lern eine einfache und verbesserte Stromlinienform aufweist, so daß das
Bewegungsfluidum im wesentlichen mit der vollen Kraft der Fluidumsquelle an diesem
Ventil vorbei zum Hammerkolben fließen kann. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist
es, die Durchgänge und insbesondere die Öffnungen für das Bewegungsfluidum nach
Möglichkeit geradlinig anzuordnen, um plötzliche und scharfe Änderungen der Richtung
des strömenden Bewegungsfluidums zu vermeiden und auf diese Weise Energieverluste
während der Arbeit weitgehend zu unterdrücken.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verteilerventils
der beschriebenen Art mit zwei einander gegenüberliegenden Halteflächen, die sich
in der Größe nur wenig unterscheiden und einzeln bei verschiedenen Arbeitsstufen
benutzt
werden, wobei sie wirksame Arbeitsflächen zum zwangsweisen Verschieben des Ventils
bilden.
-
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, einer der erwähnten Halteflächen
des Ventils eine Arbeitskammer zuzuordnen, die so bemessen ist, daß sie bei der
Rückwärtsbewegung des Ventils mit diesem zusammenarbeitet und dessen Rückwärtsbewegung
durch Abbremsen dämpfen kann.
-
Weitere Aufgaben und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden sich
vollständiger aus der folgenden, auf die Zeichnung Bezug nehmenden Beschreibung
ergeben. In der Zeichnung ist Fig. i ein teilweiser Längsschnitt durch den Hauptteil
eines Gesteinsbohrers mit einem erfindungsgemäßen Verteilerventil in praktischer
Form, wobei Ventil und Hammerkolben sich in ihren rückwärtigen Ausgangsstellungen
befinden, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht, bei der Ventil und Kolben in ihre vordersten
Stellungen gebracht sind und der Rückwärtshub des Kolbens beginnt, und Fig. 3 ein
Schnitt durch das Verteilerventil der Fig. i und 2.
-
Bei Gesteinsbohrern und anderen durch ein Fluidum betätigten Schlagwerkzeugen
ist bekanntlich die von einem Hammerkolben oder einem Schlagelement des Werkzeugs
gelieferte Schlagintensität wesentlich durch den Strömungswiderstand bestimmt, den.
das Bewegungsfluidum während des Vorwärtshubs des Kolbens in und hinter den vom
Verteilerventil gesteuerten Öffnungen findet. Aus diesem Grunde sollten sowohl die
Form des Ventils selber als auch die Anordnung der Öffnungen und Durchgänge für
das bewegende Fluidum nach Möglichkeit frei von scharfen Krümmungen, Ecken und Verengungen
usw. sein, um einen stromlinienförmigen Weg für das in Richtung auf den Kolben strömende
Fluidum zu schaffen, damit dieser mit hohem Wirkungsgrad angetrieben wird.
-
In der Zeichnung ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Gesteinsbohrers dargestellt.
-
Das mit io bezeichnete Gesteinsbohrergehäuse enthält einen Hammerkolben
i i; der sich innerhalb eines Zylinders 12 hin- und herbewegt, welcher durch eine
ringförmige Auspuffrinne oder einen Kanal 15 in eine hintere Kolbenkammer 13 und
eine vordere Kolbenkammer 14 unterteilt ist, wobei der Kanal 15 über eine Hauptauspufföffnung
i6 mit der Außenluft in Verbindung steht. Der vordere Teil oder Schaft 17 des Kolbens
ist bei i8 geriffelt und in einer vorderen Zylinderscheibe i9 geführt, die einen
festen Teil des Gehäuses io bildet. Die Scheibe bildet außerdem einen Verschluß
des vorderen Endes der vorderen Zylinderkammer 14, während das hintere Ende der
Zylinderkammer 13 durch eine Ventilkappe 21 geschlossen wird, die auf einer Schulter
22 in einer Ausbohrung 23 des Gehäuses sitzt. Die Ventilkappe 21 ist mit einer Mehrzahl
von Fluidumeinlaßdurchlässen oder -öffnungen 24 zur Zuführung des Bewegungsfluidums
unmittelbar gegen das hintere Ende oder die hintere Fläche 25 des Kolbens i i versehen,
wie dies im folgenden ausgeführt wird. Hinter der Ventilkappe ist in derselben Aüsbohrung
23 ein Ventilblock 26 angeordnet, jenseits dessen sich ein Sperrring 27 üblicher
Bauart befindet, der eine Mehrzahl von nicht dargestellten, durch eine Drallstange
28 getragenen Backen umschließt, wobei diese Drallstange 28 dem Hammerkolben zwecks
Drehung desselben zugeordnet ist. Ein rückwärtiger Kopf 29 bildet den Endabschluß
des Gehäuses io und schließt den Sperring 27 an seinem Ort zwischen dem rückwärtigen
Kopf und dem Gehäuse ein, wobei dieser rückwärtige Kopf am Gehäuse mittels der üblichen,
nicht dargestellten durchgehenden Bolzen befestigt ist.
-
Innerhalb der Ventilkappe 21 und des Ventilblocks 26 ist eine Buchse
31 festgelegt, die im wesentlichen an ihren Enden unterstützt ist; dabei ist das
eine Ende in der Ventilkappe und das andere Ende im hinteren Teil des Ventilblocks
gesichert. Die Hülse hat ein Paar getrennte Feststellflansche 32, 33, die gegen
nach innen vorstehende Flansche 34 bzw. 35 der Ventilkappe und des Ventilblocks
stoßen, wobei diese Flansche dazu dienen, die Buchse an ihrem Ort zu halten. Das
vordere Ende 36 des Ventilblocks ist auf den rückwärtigen Vorsprung 37 der Ventilkappe
und gegen eine Schulter 38 derselben gepaßt, so daß die Ventilkappe 21, der Ventilblock
26 und die Buchse 31 zusammen ein Ventilgehäuse für ein hohles, sich hin- und herbewegendes
Verteilerventil 39 bilden, das ohne Berührung die feste Buchse 31 umschließt und
eine längs gerichtete Gleitbewegung innerhalb der Ventilkappe in der Ausbohrung
41 des Ventilblocks durchführen kann.
-
Um das bewegende Fluidum dein Verteilerventil zuzuführen, ist das
Drosselventil 42 drehbar und durch den Handgriff 43 einstellbar im rückwärtigen
Kopf 29 angeordnet, während die innere Kammer 44 dieses Drosselventils .an eine
dauernd wirkende, nicht dargestellte Zufuhr von unter Druck stehendem Bewegungsfluidum
angeschlossen ist. ;17,enn das Drosselventil, wie dargestellt, geöffnet ist, führt
der Weg des Bewegungsfluidums durch den Durchtritt 45 zur Kammer oder zum Behälter
46 im rückwärtigen Kopf und dann durch die Durchgänge 47 im Sperring 27 zum Fluidumbehälter
48 im Ventilblock 26. Von dem Behälter führt der Fluidumweg weiter nach vorn durch
mehrere Einlaßöffnungen 49 und eine mittlere Bohrung 5o im Block 26 zum ringförmigen
Durchgang 51 außerhalb der Buchse 31 und innerhalb des hohlen Ventils 39. Die Buchse
31 erstreckt sich durch das Innere des Verteilerventils, und die Lage des zuletzt
genannten Ventils in bezug auf die Buchse bestimmt den weiteren Fluß des Fluidums
während der Arbeit.
-
Das Verteilerventil 39 weist eine Ausbohrung oder einen vergrößerten
Innendurchmesser 52 im vorderen Teil 53 auf, und diese Ausbohrung bildet einen freien
Raum, der rückwärts in einen sich ver-;üngenden Teil oder eine Schulter 54 endigt,
während der verbleibende innere Durchmesser oder die
Bohrung 55
(Fig. 3) von dieser Schulter aus bis zum hinteren Ende 56 im wesentlichen gleichförmig
ist; außerhalb hat das Ventil einen radial vorstehenden Flansch 57 in der Nähe des
vorderen Endes und innerhalb der Ventilflanschkammer 58. Auf seinem hinteren Teil,
eine kurze Strecke von seinem riickwärtigeii Ende 56 entfernt, ist das Ventil außen
mit einer Rille versehen, so daß ein Hals 59 gebildet ist, der in einer weiter unten
zu beschreibenden Weise mit zwei Rillen 61, 62 zusammenarbeitet, die im 1310c1,
26 durch eine Wand 63 voneinander getrennt sind. Die erste Rille 61 dient als Auspuffrille,
die durch eine Hilfsauspufföffnung 6.I unmittelbar nach außen entlüftet, während
die iückw ürtige Rille 62 an den Kolbenrückführdurchgaiig 65 angeschlossen ist,
der sich durch eine Öffrrung 66 in die vordere Kolbenkammer 14 öffnet. Etwa in ähnlicher
Art ist die Ventilflanschkammer @8 mit einem Durchgang 67 für das das Ventil betätigende
Fluidum verbunden, und dieser Durchgang öffnet sich durch eine Öffnung 68 ein wenig
rückwärts der Auspuffrille 15 und dem Hauptauspuff i6 in die hintere Kolbenkammer
13.
-
Das eben beschriebene Verteilerventil und der Haninierkolben sind
die einzigen beweglichen Teile in <lein durch (las Bewegungsfluidum angetriebene
( 'it, wobei das Bewegungsfluidum vorzugsweise ,er-Druckluft ist. Die Einrichtung
arbeitet vollständig automatisch, wie nun im einzelnen auseinandergesetzt wird.
Nimmt man an, daß ein Fluidum unter Druck aus einer gegebenen Quelle der Kaminer
44 des Drosselventils 42 zugeführt wird und (laß sowohl der Ilammerkolben i i als
auch das Verteilerventil 39 ihre hinteren Ausgangsstellungen, die in Fig. i dargestellt
sind, einnehmen, so fließt das Bewegungsfluidum durch die Öffnungen 45 zur hinteren
Kammer oder dem Behälter 46, wie dies bereits angedeutet wurde, und durch den Sperrringdurchgang
47 in den Behälter 48 und darin durch die Ein1al3öfinungen 49 und die Bohrung 5o
in den ringförnnigen Durchgang 51 zwischen dem Verteilerventil und der Buchse 31,
geht an dem kegligen Teil 54 des Ventils vorbei und über die vom Halteflansch 32
gebildete Schulter in die ringförmige Verteilerkammer 69 und hierauf durch die hinteren
Einlaßöffnungen 24 in die hintere Kolbenkammer 13, wo das Bewegungsfluidum einen
Druck auf die hintere Fläche 25 des Kolbens 21 ausübt und diesen sofort in Richtung
auf die in Fig.2 gezeigte Stellung vorwärts treibt. Das Ventil wird durch den Druck
des Antriebsmittels gegen die vordere Ventilfläche 53 in seiner hinteren Stellung
gehalten, wobei dieser Druck durch den Druck auf die innere Schulter- 54 unterstützt
wird und ihm der Druck auf (las hintere Ende 56 entgegenwirkt.
-
Wenn der Kolben vorwärts getrieben wird, wird das restliche Fluidum
auf dein Kolbenwege in der vorderen Kolherikammer 14 teilweise durch die Rille i
5 und den Auspuff 16 ausgestoßen, wobei Rille und Auspuff jedoch nach kurzer Zeit
durch den vorgclienden Kolben geschlossen werden, wenn es auch wichtig ist, daß
(las gesamte Fluidum aus dem Rauire vor (lern Kolben ausgetrieben wird, damit der
vorwärts gerichtete Antriebshub des Kolbens mit maximaler Kraft durchgeführt werden
kann. Wenn die Hauptauspuffrille und der Hauptauspuff während der Vorwärtsbewegung
des Kolbens nicht mehr für den Auspuff zur Verfügung stehen, dient die Hilfsauspufföffnung
66 mit dem zugeordneten Durchgang 65 zur Entleerung der vorderen Kammer, indem sie
das Fluidum von dort der Rille 62 zuführt, von wo es weiter am inneren Rand der
Trennwand 63 und am Hals 59 auf dem Verteilerventil entlang zur ringförmigen Rille
61 strömt und dann durch die Öffnung nach außen geht, solange das Ventil in seiner
hinteren Ausgangsstellung gemäß Fig. i steht.
-
Während der Vorwärtsbewegung des Hammerkolbens und ungefähr bei der
durch eine gestrichelte Linie 71 in Fig. 2 angedeuteten Stellung gibt ,jedoch der
Kolben die Öffnung 68 in der oberen Zylinderwand frei und erlaubt eine plötzliche
Entspannung des Druckes in der hinteren Kolbenkammer 13 durch den Durchgang 67 in
Richtung auf die ringförmige Flanschkammer 58, so daß sofort auf die rückwärtige
Fläche 72 des Ventilflansches 57 ein Druck ausgeübt wird, der bestrebt ist, den
Druck des Fluidums auf das Vorderende 53 des Ventils zu überwinden und dieses nach
vorn in die in Fig. 2 dargestellte Lage zu verschieben. Es ist zu beachten, daß
der Huf) des Hammerkolbens sehr schnell erfolgt, so daß der Teil der Bewegung desselben
von dem durch die gebrochene Linie 73 angedeuteten Punkt aus nach vorwärts, währenddessen
in oben beschriebener Weise die Öffnung 68 freigegeben wird, nur einen Augenblick
darstellt. Kurze Zeit, nachdem das Ventil zur Unterbrechung der Strömung des Antriebsfluidums
nach vorn geschoben ist, hat der Kolben seine vorderste Stellung erreicht und die
ringförmige Auspuffrille 15 für den hinteren Teil der Kolbenkammer freigegeben,
um das Fluidum durch den Auspuff 16 herauszulassen.
-
Dem Ventilflansch 57 ist die übliche Auspufföffnung oder das Schnarchventil
75, das die Vorderfläche des Flansches zur Erleichterung der Vorwärtsbewegung des
Ventils entlastet und der übliche Anzapfdurchgang 76 zugeordnet, der den Druck auf
der Rückseite der Fläche des Flansches allmählich entspannt, um eine Rückbewegung
des Ventils zu ermöglichen.
-
Wenn das Verteilerventil 39 aus seiner hinteren Stellung verschoben
ist, wird es in der vorderen Stellung durch den auf seine rückwärtige Fläche 56
ausgeübten Fluidumsdruck gehalten, der sich aus (lern Fluß des Bewegungsfluidums
in die Kammer 74 und die Rille 62 ergibt. Die hintere Flüche oder die Endfläche
56 des Ventils ist so bemessen, daß ihre wirksame Fläche etwas größer ist als die
der kegligen Schulter 54, so daß ein nicht ausgeglichener Zustand besteht, der das
Ventil in der erreichten vorderen Stellung hält.
-
In der erreichten vorderen Stellung des Ventils 39 (Fig.2) liegt das
Ende 53 desselben auf dem Flansch 32 der Buchse 31 in genügend enger Berührung mit
dessen Umfang, so daß die Zufuhr des
Bewegungsfluidums zur hinteren
Kolbenkammer 13 abgetrennt und statt dessen der Eintritt des Fluidums in
die vordere Kolbenkammer 14 ermöglicht wird, da das rückwärtige Ende 56 des Ventils
dann eine unmittelbare Verbindung zwischen der ringförmigen Rille 62 und der Kammer
74 freigibt, die in ständiger Verbindung mit den durchgehenden Eintrittsdurchgängen
59 und 51 für das Druckfluidum steht. Während des Einströmens des Fluidums in den
Durchgang 65 und durch die Öffnung 66 in die vordere Kolbenkammer 1,4 übt das Fluidum
eine Kraft auf das vordere Ende 77 des Hammerkolbens aus und treibt diesen rückwärts
in seine Ausgangsstellung.
-
Während des Rückkehrhubs bedeckt der Kolben die Öffnung 68 und beginnt
das Fluidum in der hinteren Kolbenkammer 13 zu komprimieren. Nachdem der
Kolben eine vorbestimmte Stellung kurz vor der vollständigen Rückkehr in die Ausgangsstellung
erreicht hat, steigt der Fluidumdruck durch die Kolbenkompression auf einen genügend
hohen Wert, um durch die Öffnung 24 derart gegen das vordere Ende 53 des Ventils
39 zu wirken, daß er den auf die rückseitige Ventilwand 56 ausgeübten Fluidumdruck
überwindet und das Ventil in die rückwärtige Ausgangsstellung der Fig. i verschiebt.
Sowohl der Kolben als auch das Ventil befinden sich nun wieder in ihren hinteren
Ausgangsstellungen und sind für einen neuen Arbeitsgang bereit. Diese Arbeitsweise
wiederholt sich selbsttätig, solange das Ventil 42 offen bleibt und ihm ein Bewegungsfluidum
zugeführt wird.
-
Wegen der hohen Geschwindigkeit des Ventils bei seiner Rückbewegung
übt die Ventilfläche 56, die in den Raum 74 eindringt, eine verdichtende Wirkung
aus. Dadurch wird an der Fläche 56 ein Druck im umgekehrten Verhältnis zum Volumen
des Raums 74 aufgebaut. Da sich diese Bauart zu einer außerordentlich wirksamen
Steuerung der Ventilbewegung und einer damit zusammenhängenden Verbesserung der
Energieausnutzung des Werkzeugs eignet, ist es wichtig, daß die Abmessungen des
Raums 74 in ziemlich engen Grenzen gehalten werden.