EP0283734B1 - Rammbohrgerät mit beweglichem Meissel - Google Patents

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EP0283734B1
EP0283734B1 EP88102534A EP88102534A EP0283734B1 EP 0283734 B1 EP0283734 B1 EP 0283734B1 EP 88102534 A EP88102534 A EP 88102534A EP 88102534 A EP88102534 A EP 88102534A EP 0283734 B1 EP0283734 B1 EP 0283734B1
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EP
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hammer head
drilling apparatus
percussion piston
piston
percussive drilling
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Helmuth Römer
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • E21B4/145—Fluid operated hammers of the self propelled-type, e.g. with a reverse mode to retract the device from the hole

Definitions

  • the invention relates to a ram boring machine with a pneumatically or hydraulically driven percussion piston movable reciprocally in a housing and an axially movable chisel arranged at the front end of the housing, which is acted upon directly or indirectly by the percussion piston.
  • Such ram boring machines are used to advance earth bores for cables and the like to be laid underground.
  • the chisel is used to smash and displace the soil.
  • the movable arrangement of the chisel offers the advantage that the impact energy of the percussion piston can initially be transferred specifically to the chisel, so that a higher shattering energy is available.
  • DE-PS 31 24 524 describes a ram boring machine in which the chisel is resiliently biased into a front end position in which it is not hit by the percussion piston. If the chisel has no or only one offers low resistance, the impact energy is therefore transmitted directly to the housing, and only when the chisel hits an obstacle and is pushed back into the housing, it is hit by the percussion piston, so that the obstacle is smashed. With this arrangement, damaging empty blows are avoided, but here too a part of the impact energy is consumed by the spring, since the housing must be accelerated against the spring force to the front when the chisel in the front end position hits an obstacle. In addition, in loose soil, where the housing is only slightly supported in the ground, there is a risk that the housing will be pushed back by the chisel and the pre-tensioned spring.
  • the invention has for its object to provide a ram boring machine of the type mentioned, in which lower energy losses occur when transmitting the impact energy to the chisel and in which the chisel can be transferred to a defined end position after the impact.
  • the pressure used to drive the percussion piston in the reverse direction is thus also used to reset the chisel. Since this pressure builds up only at the beginning of the backward stroke of the percussion piston, no corresponding counterpressure need be overcome during the forward stroke of the percussion piston, so that the impact energy can be transmitted to the chisel unabated.
  • the return piston is preferably arranged in a return chamber which receives the pneumatic or hydraulic pressure in such a way that it returns the chisel to its rearward end position.
  • the rear end face of the reset piston can also be pressurized, so that the chisel is pushed forward and is not acted upon by the percussion piston, as long as the soil provides only a slight resistance to the chisel.
  • the chisel does not have to be supported by a spring, the chisel can execute a rotational movement in relation to the housing.
  • the chisel tip is profiled in such a way that the chisel twists slightly when it penetrates into the ground. This improves the chipping behavior of the chisel and increases the directional stability of the ram boring machine.
  • the ram boring machine has a housing 1 provided with a chisel 14, which is closed off at the rear end by an end piece 15.
  • a front drive pressure chamber 5 is formed in the interior of the housing 1 by an impact piston 2 which is axially movable in the housing.
  • a rear drive pressure chamber 16 is located in a tubular portion 17 of the Percussion piston 2, which is slidable on a control sleeve 18.
  • a hose 19 supplies the ram boring machine with compressed air.
  • the tubular section 17 of the percussion piston 2 is provided with radial channels 20, and the end piece has axial air channels 21.
  • the radial channels 20 are temporarily closed by the control sleeve 18. As soon as these radial channels slide over the rear end of the control sleeve, the pressure in the front drive pressure chamber 5 can relax via the channels 22, 20 of the percussion piston and the axial air channels 21 of the end piece 15, so that the percussion piston through the in the rear drive pressure chamber 16 prevailing pressure is driven forward again. At the end of the forward stroke, the percussion piston 2 hits the rear end face 13 of the chisel 14 without braking so that the chisel is driven into the ground.
  • the part of the chisel 14 located within the housing 1 extends gas-tight through a front end wall 11 of the housing and a partition 23 which delimits the front drive pressure chamber 5.
  • the section of the chisel located between the end wall 11 and the partition 23 forms a reset piston 3, the front end surface of which is surrounded by a buffer element 24 and which delimits a reset chamber 6 with the peripheral wall and the front end wall of the housing.
  • the space between the reset piston 3 and the partition 23 is vented through a bore 8 in the housing 1.
  • the reset chamber 6 is connected to the front drive pressure chamber 5 via a radial bore 4 and an axial bore 4 ⁇ of the chisel.
  • the chisel acted upon by the percussion piston 2 moves only a relatively short distance in relation to the housing, so that the transverse bore 4 remains within the reset chamber 6.
  • the pressure prevailing during the backward stroke of the percussion piston 2 in the front drive pressure chamber 5 therefore spreads via the axial channel 4 ⁇ and the radial channel 4 into the reset chamber 6. Since the effective area of the reset piston 3 facing the reset chamber 6 is larger than the rear end face 13 of the chisel exposed to the front drive chamber 5, the chisel is pneumatically returned to the rear end position shown in FIGS the front end face 9 of the end wall 11 strikes.
  • the chisel can be driven further into the earth so that the percussion piston 2 strikes the rear end face 25 of the partition 23 with its front end. In this way, part of the impact energy is used to propel the housing.
  • the chisel is not hit by the percussion piston 2 in the front end position, so that the entire impact energy is available to propel the housing. Only when the chisel 14 again encounters greater resistance and is pushed back into the housing 1, does the transverse bore 4 again come into fluid communication with the reset chamber 6, so that the chisel is transferred back to the rear end position during the backward stroke of the percussion piston.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rammbohrgerät mit einem in Axialrichtung hin- und hergehend in einem Gehäuse beweglichen, pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Schlagkolben und einem axial beweglich am vorderen Ende des Gehäuses angeordneten Meißel, der direkt oder indirekt durch den Schlagkolben beaufschlagt wird.
  • Derartige Rammbohrgeräte dienen zum Vortreiben von Erdbohrungen für unterirdisch zu verlegende Kabel und dergleichen. Der Meißel dient zur Zertrümmerung und zum Verdrängen des Erdreiches. Die bewegliche Anordnung des Meißels bietet den Vorteil, daß die Schlagenergie des Schlagkolbens zunächst gezielt auf den Meißel übertragen werden kann, so daß eine höhere Zertrümmungsenergie zur Verfügung steht.
  • Aus der DE-PS 21 57 259 ist ein Rammbohrgerät der oben genannten Art bekannt, bei dem der direkt durch den Schlagkolben oder durch einen Zwischenkolben beaufschlagte Meißel mit Hilfe einer am Gehäuse abgestützten Feder elastisch in seine rückwärtigen Endstellung vorgespannt ist. Dies hat den Nachteil, daß bei jedem Schlag ein Teil der Schlagenergie durch die Rückstellfeder absorbiert wird. Wenn sich dem Meißel kein Widerstand bietet, ergibt sich darüber hinaus der Nachteil, daß der Meißel ständig Leerschläge ausführt, bei denen er sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht, so daß es zu einer Beschädigung des Gerätes kommen kann.
  • In der DE-PS 31 24 524 wird ein Rammbohrgerät beschrieben, bei dem der Meißel elastisch in eine vordere Endstellung vorgespannt ist, in der er nicht durch den Schlagkolben getroffen wird. Wenn sich dem Meißel kein oder nur ein geringer Widerstand bietet, wird daher die Schlagenergie direkt auf das Gehäuse übertragen, und nur wenn der Meißel auf ein Hindernis trifft und in das Gehäuse zurückgedrückt wird, wird er durch den Schlagkolben getroffen, so daß das Hindernis zertrümmert wird. Bei dieser Anordnung werden zwar schädigende Leerschläge vermieden, doch wird auch hier ein Teil der Schlagenergie durch die Feder aufgezehrt, da das Gehäuse entgegen der Federkraft nach vorn beschleunigt werden muß, wenn der in der vorderen Endstellung befindliche Meißel auf ein Hinternis trifft. Darüber hinaus besteht in lockerem Boden, wo das Gehäuse nur eine geringe Abstützung im Erdreich erfährt, die Gefahr, daß das Gehäuse durch den nach vorn abgestützten Meißel und die vorgespannte Feder zurückgedrückt wird.
  • Aus dem DE-GM 83 10 178 ist ein Rammbohrgerät bekannt, bei dem der Meißel frei beweglich im vorderen Teil des Gehäuses gelagert und durch eine Gehäusewand von dem Schlagkolben getrennt ist. Die Schlagenergie wird hier durch einen durch das Gehäuse vermittelten Impulsstoß auf den Meißel übertragen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei dem Impulsstoß ein Teil der Schlagenergie inelastisch von dem Gehäuse aufgenommen wird, wenn der Meißel in der Anfangsphase des Schlages nicht an der Gehäusewand anliegt. In steinhaltigen Bodenformationen steht daher vielfach keine ausreichende Zertrümmerungsenergie zur Verfügung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rammbohrgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem geringere Energieverluste bei der Übertragung der Schlagenergie auf den Meißel auftreten und bei dem der Meißel nach dem Schlag in eine definierte Endlage überführbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meißel mit einem Rückstellkolben verbunden ist, der durch den pneumatischen oder hydraulischen Druck beim Rückwärtshub des Schlagkolbens beaufschlagbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird somit der Druck, der zum Antrieb des Schlagkolbens in Rückwärtsrichtung dient, zugleich zum Zurückstellen des Meißels ausgenutzt. Da sich dieser Druck erst zu Beginn des Rückwärtshubes des Schlagkolbens aufbaut, braucht während des Vorwärtshubes des Schlagkolbens kein entsprechender Gegendruck überwunden zu werden, so daß die Schlagenergie unvermindert auf den Meißel übertragen werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bevorzugt ist der Rückstellkolben derart in einer den pneumatischen oder hydraulischen Druck aufnehmenden Rückstellkamemr angeordnet, daß er den Meißel in seine rückwärtige Endstellung zurückstellt.
  • In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch die rückwärtige Stirnfläche des Rückstellkolbens druckbeaufschlagt sein, so daß der Meißel nach vorn gedrückt und nicht durch den Schlagkolben beaufschlagt wird, solange das Erdreich dem Meißel nur einen geringen Widerstand entgegensetzt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der der Meißel pneumatisch in die rückwärtige Endstellung zurückgestellt wird, lassen sich wiederholte Leerschläge des Meißels dadurch vermeiden, daß die Druckzufuhr zu dem Rückstellkolben durch eine Ventilanordnung unterbrochen wird, wenn der Meißel während des Schlages sehr weit nach vorn getrieben wird.
  • Da erfindungsgemäß der Meißel nicht durch eine Feder abgestützt zu werden braucht, kann der Meißel eine Drehbewegung in Bezug auf das Gehäuse ausführen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist daher die Meißelspitze derart profiliert, daß der Meißel sich beim Eindringen in das Erdreich leicht verdreht. Hierdurch wird das Zertrümmerungsverhalten des Meißels verbessert und die Richtungsstabilität des Rammbohrgerätes erhöht.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch ein Rammbohrgerät;
    Fig. 2
    einen vergrößerten Schnitt durch das vordere Ende des Rammbohrgerätes mit in rückwärtiger Stellung befindlichem Meißel; und
    Fig. 3
    einen Schnitt ähnlich Figur 2, bei dem sich jedoch der Meißel in der vorderen Stellung befindet.
  • Gemäß Figur 1 weist das Rammbohrgerät ein mit einem Meißel 14 versehenes Gehäuse 1 auf, das am rückwärtigen Ende durch ein Endstück 15 abgeschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses 1 wird durch einen axial beweglich im Gehäuse geführten Schlagkolben 2 eine vordere Antriebsdruckkammer 5 gebildet. Eine hintere Antriebsdruckkammer 16 befindet sich in einem rohrförmigen Abschnitt 17 des Schlagkolbens 2, der gleitend auf einer Steuerhülse 18 verschiebbar ist. Ein Schlauch 19 versorgt das Rammbohrgerät mit Druckluft. Der rohrförmige Abschnitt 17 des Schlagkolbens 2 ist mit radialen Kanälen 20 versehen, und das Endstück weist axiale Luftkanäle 21 auf.
  • In der in Figur 1 gezeigten Stellung des Schlagkolbens 2 gelangt die durch den Schlauch 19 eingeleitete Druckluft durch die radialen Kanäle 20 und durch axiale Kanäle 22 des Schlagkolbens in die vordere Antriebsdruckkammer 5, so daß in dieser Antriebsdruckkammer ein hoher Druck herrscht.
  • Da die Wirkfläche des Schlagkolbens 2 gegenüber der vorderen Antriebsdruckkammer 5 größer ist als gegenüber der hinteren Antriebsdruckkammer 16, wird der Kolben nach rückwärts gedrückt.
  • Bei der Rückwärtsbewegung des Schlagkolbens werden die radialen Kanäle 20 vorübergehend durch die Steuerhülse 18 geschlossen. Sobald diese radialen Kanäle über das rückwärtige Ende der Steuerhülse hinweggleiten, kann sich der Druck in der vorderen Antriebsdruckkammer 5 über die Kanäle 22,20 des Schlagkolbens und die axialen Luftkanäle 21 des Endstücks 15 entspannen, so daß der Schlagkolben durch den in der hinteren Antriebsdruckkammer 16 herrschenden Druck wieder nach vorn angetrieben wird. Am Ende des Vorwärtshubes trifft der Schlagkolben 2 ungebremst auf die rückwärtige Stirnfläche 13 des Meißels 14 auf, so daß der Meißel in das Erdreich vorgetrieben wird.
  • Der innerhalb des Gehäuses 1 gelegene Teil des Meißels 14 erstreckt sich gasdicht durch eine vordere Stirnwand 11 des Gehäuses und eine Trennwand 23, die die vordere Antriebsdruckkammer 5 begrenzt. Der zwischen der Stirnwand 11 und der Trennwand 23 gelegene Abschnitt des Meißels bildet einen Rückstellkolben 3, dessen vordere Stirnfläche von einem Pufferelement 24 umgeben ist und der mit der Umfangswand und der vorderen Stirnwand des Gehäuses eine Rückstellkammer 6 begrenzt. Der Raum zwischen dem Rückstellkolben 3 und der Trennwand 23 wird durch eine Bohrung 8 des Gehäuses 1 be- und entlüftet. Die Rückstellkammer 6 ist über eine radiale Bohrung 4 und eine Axialbohrung 4ʹ des Meißels mit der vorderen Antriebsdruckkammer 5 verbunden.
  • Wenn das Erdreich dem Meißel 14 einen hohen Widerstand entgegensetzt, so bewegt sich der durch den Schlagkolben 2 beaufschlagte Meißel nur ein relativ kurzes Stück in Bezug auf das Gehäuse nach vorn, so daß die Querbohrung 4 innerhalb der Rückstellkammer 6 verbleibt. Der während des Rückwärtshubes des Schlagkolbens 2 in der vorderen Antriebsdruckkammer 5 herrschende Druck breitet sich daher über den axialen Kanal 4ʹ und den radialen Kanal 4 in die Rückstellkammer 6 aus. Da die der Rückstellkammer 6 zugewandte Wirkfläche des Rückstellkolbens 3 größer ist als die der vorderen Antriebskammer 5 ausgesetzte rückwärtige Stirnfläche 13 des Meißels, wird der Meißel pneumatisch in die in Figuren 1 und 2 gezeigte rückwärtige Endstellung zurückgestellt, in der der konisch erweiterte Kopf des Meißels an der vorderen Stirnfläche 9 der Stirnwand 11 anschlägt.
  • Wenn das Erdreich einen geringeren Widerstand bietet, läßt sich der Meißel weiter in das Erdreich eintreiben, so daß der Schlagkolben 2 mit seinem vorderen Ende an der rückwärtigen Stirnfläche 25 der Trennwand 23 anschlägt. Auf diese Weise wird ein Teil der Schlagenergie zum Vortrieb des Gehäuses genutzt.
  • Bei sehr geringem Widerstand des Erdreiches bewegt sich der Meißel 14 so weit nach vorne, daß die Querbohrung 4 durch die Stirnwand 11 des Gehäuses verschlossen wird, wie in Figur 3 gezeigt ist. Der Aufprall des Meißels in der vorderen Endstellung wird durch das Pufferelement 24 gedämpft.
  • In der in Figur 3 gezeigten Stellung kann sich kein Druck in der Rückstellkammer 6 aufbauen. Lediglich die rückwärtige Stirnfläche 13 des Meißels wird durch den in der vorderen Antriebsdruckkammer 5 herrschenden Druck beaufschlagt, so daß der Meißel in der vorderen Endstellung verbleibt. Auf diese Weise werden unerwünschte Leerschläge des Meißels vermieden.
  • Wie in Figur 3 zu erkennen ist, wird der Meißel in der vorderen Endstellung nicht durch den Schlagkolben 2 getroffen, so daß die gesamte Schlagenergie zum Vortrieb des Gehäuses zur Verfügung steht. Erst wenn der Meißel 14 wieder auf stärkeren Widerstand trifft und in das Gehäuse 1 zurückgedrückt wird, tritt die Querbohrung 4 wieder mit der Rückstellkammer 6 in Fluidverbindung, so daß der Meißel beim Rückwärtshub des Schlagkolbens wieder in die rückwärtige Endstellung überführt wird.

Claims (10)

  1. Rammbohrgerät mit einem in Axialrichtung hin- und hergehend in einem Gehäuse (1) beweglichen, pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Schlagkolben (2) und einem axial beweglich am vorderen Ende des Gehäuses angeordneten Meißel (14), der direkt oder indirekt durch den Schlagkolben beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (14) mit einem Rückstellkolben (3) verbunden ist, der durch den pneumatischen oder hydraulischen Druck beim Rückwärtshub des Schlagkolbens (2) beaufschlagbar ist.
  2. Rammbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Vorderseite des Rückstellkolbens (3) angeordnete Rückstellkammer (6) mit einer auf der Vorderseite des Schlagkolbens (2) angeordneten Antriebsdruckkammer (5) in Fluidverbindung steht.
  3. Rammbohrgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Ventilanordnung (4,11) zum Unterbrechen der Fluidverbindung zwischen der vorderen Antriebsdruckkammer (5) und der Rückstellkammer (6) in Abhängigkeit von der Stellung des Meißels (14).
  4. Rammbohrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (14) in einem Stück mit dem Rückstellkolben (3) ausgebildet ist und in seiner rückwärtigen Stellung in das Innere der vorderen Antriebsdruckkammer (5) hineinragt und direkt durch den Schlagkolben (2) beaufschlagbar ist.
  5. Rammbohrgerät nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (4ʹ) zur Verbindung der vorderen Antriebsdruckkammer (5) mit der Rückstellkammer (6) durch den Meißel (14) verläuft und durch das vordere Ende des Schlagkolbens (2) verschließbar ist.
  6. Rammbohrgerät nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kanal (4ʹ) verbundene Radialbohrung (4) des Meißels (14) in der rückwärtigen Stellung des Meißels zur Rückstellkammer (6) geöffnet ist und in einer vorgerückten Stellung des Meißels durch eine von dem Meißel durchlaufene Stirnwand (11) des Gehäuses verschließbar ist.
  7. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die vordere Antriebsdruckkammer (5) nach vorn begrenzende Trennwand (23) des Gehäuses (1) nach entsprechender Vorwärtsbewegung des Meißels (14) direkt durch den Schlagkolben (2) beaufschlagbar ist.
  8. Rammbohrgerät nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbohrung (4) derart angeordnet ist, daß das rückwärtige Ende des Meißels (14) vor der hinteren Stirnfläche der Trennwand (23) liegt und nicht durch den Schlagkolben beaufschlagbar ist, wenn die Radialbohrung (4) durch die Stirnwand (11) verschlossen ist.
  9. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet, durch ein in der Rückstellkammer (6) angeordnetes Pufferelement (24) zur Dämpfung der Vorwärtsbewegung des Meißels und des Rückstellkolbens bei Erreichen der vorderen Endstellung.
  10. Rammbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (14) in Bezug auf das Gehäuse (1) drehbar und auf seiner in das Erdreich eindringenden Außenfläche mit einer schraubenförmigen Profilierung versehen ist.
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DE3710162A DE3710162C1 (de) 1987-03-27 1987-03-27 Rammbohrgeraet mit beweglichem Meissel
DE3710162 1987-03-27

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EP0283734A2 EP0283734A2 (de) 1988-09-28
EP0283734A3 EP0283734A3 (en) 1989-11-08
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