EP0378045A1 - Hydraulic drill hammer - Google Patents

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EP0378045A1
EP0378045A1 EP89810844A EP89810844A EP0378045A1 EP 0378045 A1 EP0378045 A1 EP 0378045A1 EP 89810844 A EP89810844 A EP 89810844A EP 89810844 A EP89810844 A EP 89810844A EP 0378045 A1 EP0378045 A1 EP 0378045A1
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EP
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liquid
hammer drill
turbine wheel
hydraulic hammer
bear
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Wolfgang Dr. Wührer
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Sulzer AG
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    • 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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25D9/06—Means for driving the impulse member
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/14—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using liquids and gases, e.g. foams
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S173/00—Tool driving or impacting
    • Y10S173/04—Liquid operated

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic hammer drill with a bear supported resiliently in the direction of impact, which is force-coupled on the one hand via spring elements and pistons with a connecting rod and a crank mechanism of a reduction gear and which on the other hand strikes an axially movable boring bar.
  • Hydraulic hammer drills are used to drill mounting holes and blast holes in the rock.
  • a preferred area is mining.
  • the invention provides a remedy here. It has the task of doing this at large mining depths. Utilize cooling water supplied from the earth's surface in such a way that dynamic pressure and the on-site cooling and rinsing water consumption are sufficient to drive a hammer drill.
  • a constant-pressure turbine wheel connected to the transmission is partially axially acted upon by at least one liquid jet, for which a collecting nozzle is deflected at the outlet from the turbine wheel is installed, which sucks air and residual water out of the turbine housing as a mixing section and by operating the rotary hammer in such a way that, in a first process step, a turbine wheel is partially axially pressurized by at least one liquid jet, and that the energy obtained from the jet deflection acts as a power source for the Rotary and impact movement of a drill bit is used, that in a second process step ambient air is brought into the turbine housing under vacuum via a suction opening with a filter, that in a third process step the kinetic residual energy of the liquid jets deflected by the turbine wheel is used according to the injector principle Sucking air and residual liquid out of the turbine housing, bringing it to a lower speed by decelerating it and transporting it further at higher pressure, that in
  • a hydraulically driven hammer drill is shown, with a guide head 14a, 14b which is movable in the direction of impact in the housing 1 and which guides the impact movement of the bear 2a, 2b, by the bear 2a, 2b, until it hits the drill rod 15 rotating with the drill chuck 16 is clamped to the guide head 14a, 14b via the shock spring 3a, 3b and follows the movement of the guide head 14a, 14b.
  • the movement of the guide head 14a, 14b is indicated as a function of the time t in FIG. 1a.
  • the movement is generated by a turbine wheel 20 which is connected to a planetary gear 7, the planet carrier of which is mounted in the housing 1, 1a via roller bearings 10.
  • the planet carrier guides the planet gears with the bolt 9 and is itself designed as an eccentric 12, whereby it has counter masses to the eccentric mass, which equalize forces for the masses of the eccentric 12 and connecting rod 6 accelerated transversely to the direction of impact of the bear 2a, 2b.
  • the turbine wheel 20 is acted upon by a nozzle 24 with a liquid jet 25, the liquid jet 25 striking the blades 21 of the turbine wheel 20 with a tangential and an axial component and with a tangential, an axial and a radial component from the Buckets 21 emerges.
  • the exit angles have to be determined empirically in order for a collecting nozzle 26 with a kidney-shaped cross section to be attached in the jet direction to work according to the injector principle.
  • the exit jet is deformed from a rather round cross section to a slot cross section 27 in the base of the collecting nozzle 26, which the jet enriched with air completely fills.
  • the guide channel 28 can be designed as a cooling channel which dissipates heat from the hammer drill.
  • the turbine wheel 20 is axially opposed in the area of the blade roots and in the area of the blades 21 with a play of 0.3 mm, with the exception of the location of the entry and exit of the pressure jet 25 provided the housing wall 1 and 1b. Furthermore, the housing surrounds the turbine blades 21 radially in the angular range of the incident and exiting the pressure jet 25 with an intermediate wall 23 at a distance of 0.3 mm.
  • the inlet cross section of the collecting nozzle 26 overlaps the blades 21 in the region of the undercut blade feet and draws air through the gap and the bores 22 in the turbine wheel 20, which air enters the turbine housing 1b through a suction opening 19 with a filter.
  • the overpressure of the liquid-air mixture in the guide channel 28 is approximately 1.5 bar.
  • the excess amount of the mixture for flushing is discharged via an orifice in the lower part of the housing, so that an air cushion 29 forms in the upper part of the housing 30 between the bear 2a, 2b and the drill rod 15, which absorbs liquid for a short time in addition to the generally present air bubbles and the RAM has the effect without the pressure being unnecessarily displaced by the bear 2a, 2b increases.
  • the intermediate housing wall 30 and the intermediate housing part 1c form a pressure vessel which is open via the hollow boring bar 15. Static soft seals 17 and dynamic soft seals 18 with respect to the moving bodies ensure tightness. When the bear 2a, 2b strikes, the liquid forms a transmission resistance before the end faces of the bear and the boring bar 15 touch, which increases the length of the transmitted impulse and leads to a greater power transmission without the end faces being mechanically damaged.
  • Hitting the rotary hammer at idle, i.e. without feed force on its suspension is prevented by locking the opening of the supply line to the nozzle 24 via the presence or setting of a feed force, which results in savings in water consumption and protection of the mechanics.
  • the drilling operation is achieved and interrupted by setting the feed in and out.

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Abstract

A hydraulic drill hammer with a ram (2a) supported in a spring-loaded manner in the percussion direction relative to the drill rod (15) is driven via reduction gearing (7) with eccentric (12) and connecting rod (6), a liquid jet (25) being deflected as power source via a turbine wheel (20) which is connected to gearing (7). With its residual kinetic energy, the liquid jet (25) then entrains air in a collecting nozzle (26) according to the injector principle and after passing through the narrowest cross-section (27) is decelerated in order to increase pressure. Of the liquid-air mixture developed, a portion is fed as flushing and cooling liquid through the hollow drill rod to the drill bit, while another portion is sprayed for cooling the surrounding rock. The rotary movement for the drill chuck (16) is produced by the gearing (7) via a separate output (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Bohr­hammer mit einem in Schlagrichtung federnd abgestützten Bär, der einerseits über Federelemente und Kolben mit einem Pleuel und einem Kurbeltrieb von einem Unterset­zungsgetriebe kraftgekoppelt ist und der andererseits auf eine axial bewegliche Bohrstange aufschlägt.The invention relates to a hydraulic hammer drill with a bear supported resiliently in the direction of impact, which is force-coupled on the one hand via spring elements and pistons with a connecting rod and a crank mechanism of a reduction gear and which on the other hand strikes an axially movable boring bar.

Hydraulische Bohrhammer werden beim Bohren von Befesti­gungslöchern und von Sprenglöchern im Gestein eingesetzt. Ein bevorzugtes Gebiet ist der Bergbau.Hydraulic hammer drills are used to drill mounting holes and blast holes in the rock. A preferred area is mining.

Eine Uebersicht über den Stand der hydraulischen Bohr­hammer findet sich im Artikel "Hydraulic Rockdrills" von Joffrey Pearse (Mining Magazine - March 1985, Seite 221 bis 231, Mining Journal Ltd., 60 Worshipstreet, London, EC2A 2HD)), in dem die Produkte von 17 Herstellern unter­sucht wurden. Diesen hydraulischen Bohrhammern ist gemeinsam, dass sie zur Erzeugung der Schlagbewegung mit Drücken zwischen 75 und 220 bar im geschlossenen Kreis­lauf mit Oel oder mit Wasser und Schmierzusätzen betrie­ben werden, dass ein Bär als Hydraulikkolben über Umsteu­ereinrichtungen mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird, dass die Druckerhöhung mittels Pumpe und Motor erfolgt und dass die Spülung und Kühlung des Bohrmeissels über ein separates Wassersystem erfolgt. Für ihren Betrieb darf die mechanische Kraftquelle, der Motor, nicht allzu weit vom Abbauort in der Sohle installiert sein. Elektri­sche Antriebsenergie oder Treibstoff und Rauchgasablei­tungen sind für den Betrieb dieser Bohrhammer notwendig. Weiterhin sind pneumatische Bohrhammer bekannt, die mit Erfolg im Bergbau bis zu mittleren Tiefen eingesetzt wer­den. Wegen der Strömungs- und Leckverluste steigen mit zunehmender Tiefe die Bereitstellungskosten für Pressluft so überproportional, dass der Einsatz von hydraulischen Bohrhammern gerechtfertigt ist. Bei Bergwerken, die bis auf Sohlentiefen von 2000 m und tiefer Gestein fördern, treten zusätzliche Grenzen für den Hauer beim Bohren vor Ort auf. Die Umgebungstemperatur des Gesteins ist so hoch, dass der Wärmeinhalt von Luft nicht mehr ausreicht, um das Gestein genügend herunterzukühlen. Die Betreiber von solchen Bergwerken sind daher gezwungen, einerseits Kühlwasser von der Erdoberfläche zu den Abbauplätzen vor Ort zu bringen, das die Maschinen und durch Versprühen das Gestein kühlt, wobei ein Teil des Wassers verdampft, und andererseits Diesel- oder Elektromotoren als Energie­quellen für die Bohrhammer auf den Sohlen zu installie­ren; beides Massnahmen, die die Abbaukosten mit zunehmen­der Tiefe enorm ansteigen lassen.An overview of the state of the hydraulic hammer drill can be found in the article "Hydraulic Rockdrills" by Joffrey Pearse (Mining Magazine - March 1985, pages 221 to 231, Mining Journal Ltd., 60 Worshipstreet, London, EC2A 2HD)), in which the products from 17 manufacturers were examined. These hydraulic rotary hammers have in common that they are operated in a closed circuit with oil or with water and lubricating additives in order to generate the impact movement with pressures between 75 and 220 bar, that a bear as hydraulic piston is pressurized with hydraulic fluid via reversing devices, that the pressure is increased by means of a pump and Motor is done and that the flushing and cooling of the drill bit over there is a separate water system. For their operation, the mechanical power source, the motor, must not be installed too far from the place of extraction in the sole. Electrical drive energy or fuel and flue gas discharge pipes are necessary for the operation of this hammer drill. Pneumatic hammer drills are also known which are successfully used in mining to medium depths. Because of the flow and leakage losses, the supply costs for compressed air increase so much with depth that the use of hydraulic hammer drills is justified. In mines that mine to depths of 2,000 m and deep rock, there are additional limits for tunnels when drilling on site. The ambient temperature of the rock is so high that the heat content of air is no longer sufficient to cool the rock sufficiently. The operators of such mines are therefore forced, on the one hand, to bring cooling water from the surface of the earth to the extraction sites on site, which cools the machines and by spraying the rock, some of the water evaporating, and on the other hand, diesel or electric motors as energy sources for the hammer drill to install on the soles; both measures that cause the mining costs to increase enormously with increasing depth.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Sie hat die Aufgabe, das bei grossen Abbautiefen. von der Erdoberfläche zuge­führte Kühlwasser so auszunutzen, dass Staudruck und der vor Ort nowendige Kühl- und Spülwasserverbrauch ausrei­chen, um einen Bohrhammer anzutreiben.The invention provides a remedy here. It has the task of doing this at large mining depths. Utilize cooling water supplied from the earth's surface in such a way that dynamic pressure and the on-site cooling and rinsing water consumption are sufficient to drive a hammer drill.

Sie löst die Aufgabe mit einem hydraulischen Bohrhammer, indem ein mit dem Getriebe verbundenes Gleichdruck-­Turbinenrad durch mindestens einen Flüssigkeitsstrahl teilweise axial beaufschlagt ist, für den nach seiner Ablenkung am Austritt aus dem Turbinenrad eine Sammeldüse installiert ist, die als Mischstrecke Luft und Restwasser aus dem Turbinengehäuse absaugt und indem der Betrieb des Bohrhammers so erfolgt, dass in einem ersten Verfahrens­schritt ein Turbinenrad teilweise axial durch mindestens einen Flüssigkeitsstrahl teilbeaufschlagt wird, und dass die aus der Strahlumlenkung gewonnene Energie als Kraft­quelle für die Dreh- und Schlagbewegung eines Bohr­meissels verwendet wird, dass in einem zweiten Verfah­rensschritt Umgebungsluft über eine Ansaugöffnung mit Filter in das unter Unterdruck stehende Turbinengehäuse gebracht wird, dass in einem dritten Verfahrensschritt die kinetische Restenergie der durch das Turbinenrad ab­gelenkten Flüssigkeitsstrahlen dazu verwendet wird, nach dem Injektiorprinzip Luft und Restflüssigkeit aus dem Turbinengehäuse abzusaugen, durch Verzögerung auf niedri­gere Geschwindigkeit zu bringen und bei höherem Druck weiter zu transportieren, dass in einem vierten Verfah­rensschritt das unter mehrfachem Atmosphärendruck stehen­de Flüssigkeits-Luft-Gemisch in den Raum zwischen Bär und Bohrstange geführt wird, dass in einem fünften Verfah­rensschritt überschüssiges Flüssigkeits-Luft-Gemisch an die Umgebung abgegeben wird, dass in einem sechsten Ver­fahrensschritt ein federndes Luftpolster im oberen Teil des Raumes, der durch Bär und Bohrstange begrenzt ist, gebildet wird, das einen Teil der beim Zu- schlagen vom Bär verdrängten Flüssigkeit kurzzeitig aufnimmt, und dass in einem siebten Verfahrensschritt das Flüssigkeits-Luft-­Gemisch als Kühl- und Spülmedium durch die hohle Bohr­stange dem Bohrmeissel zugeführt wird, wobei sich Flüssigkeit zwischen den Stirnflächen des zuschlagenden Bärs und der Bohrstange befindet, die durch ihren Wider­stand beim Zusammenschlagen der Flächen die Länge des übertragenen Stossimpulses wesentlich vergrössert und eine grössere Leistungsübertragung ohne mechanische Schä­digung der Flächen ermöglicht.It achieves the task with a hydraulic hammer drill, in that a constant-pressure turbine wheel connected to the transmission is partially axially acted upon by at least one liquid jet, for which a collecting nozzle is deflected at the outlet from the turbine wheel is installed, which sucks air and residual water out of the turbine housing as a mixing section and by operating the rotary hammer in such a way that, in a first process step, a turbine wheel is partially axially pressurized by at least one liquid jet, and that the energy obtained from the jet deflection acts as a power source for the Rotary and impact movement of a drill bit is used, that in a second process step ambient air is brought into the turbine housing under vacuum via a suction opening with a filter, that in a third process step the kinetic residual energy of the liquid jets deflected by the turbine wheel is used according to the injector principle Sucking air and residual liquid out of the turbine housing, bringing it to a lower speed by decelerating it and transporting it further at higher pressure, that in a fourth process step this is done under multiple atmospheric pressure standing liquid-air mixture is led into the space between the bear and the boring bar, that in a fifth process step excess liquid-air mixture is released to the environment, that in a sixth process step a resilient air cushion in the upper part of the room caused by the bear and boring bar is limited, is formed, which temporarily absorbs part of the liquid displaced by the bear when struck, and that in a seventh method step the liquid-air mixture is fed as cooling and flushing medium through the hollow boring bar to the drill bit, whereby there is liquid between the end faces of the striking bear and the boring bar, which increases the length of the transmitted impulse due to its resistance when the faces are beaten up and enables a greater power transmission without mechanical damage to the faces.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass nur ein einziger Energieträger, nämlich das bei grossen Ab­bautiefen notwendige Kühlwasser, vor Ort geführt werden muss und dort sowohl als Antriebs- und Spülmedium für das Bohren, als auch als Kühlmedium für das Gestein verwendet wird. Durch die Verwendung eines Turbinenrades wird auf die von der Wasserqualität abhängige Funktion von Hoch­druckdichtungen verzichtet und ein offener Wasserkreis­lauf erreicht. Die Spülung des Bohrmeissels erfolgt zwangsläufig mit dem Antrieb des Turbinenrades. Das Was­ser durchläuft keine empfindlichen Regelorgane. Vorschub und Bohrantrieb können über ein einziges Einstellelement angesteuert werden.The advantages of the invention are to be seen in the fact that only a single energy source, namely the cooling water required at large mining depths, has to be carried on site and is used there both as a drive and flushing medium for drilling and as a cooling medium for the rock. By using a turbine wheel, the function of high-pressure seals, which is dependent on the water quality, is dispensed with and an open water cycle is achieved. The drill bit is inevitably flushed with the drive of the turbine wheel. The water does not pass through sensitive control organs. Feed and drill drive can be controlled via a single setting element.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­beispielen beschrieben.

  • Fig. 1a zeigt schematisch eine kinematische Verknüpfung zwischen Bohrstange und Antriebsturbine eines hydraulischen Bohrhammers, wobei die Federele­mente Schraubenfedern sind,
  • Fig. 1b zeigt schematisch einen Ausschnitt zu Figur 1a, in dem die Schraubenfedern durch Luftpolster beidseitig des als Kolben ausgebildeten Bärs er­setzt sind,
  • Fig. 2 zeigt schematisch den Ausschnitt eines Turbinen­rades mit einem schräg anspritzenden Flüssig­keitsstrahl und mit der Kontur einer Sammeldüse, die den aus dem Turbinenrad austretenden Flüssigkeitsstrahl auffängt und
  • Fig. 3 ist eine schematische Schnittzeichnung von einem Bohrhammer, der über ein Turbinenrad hydraulisch angetrieben ist, wobei mit der Restenergie des
    Antriebsstrahls Flüssigkeit zur Spülung und Kühlung zum Bohrmeissel geführt wird.
The invention is described below using exemplary embodiments.
  • 1a schematically shows a kinematic link between the boring bar and the drive turbine of a hydraulic hammer drill, the spring elements being coil springs,
  • 1b schematically shows a detail of FIG. 1a, in which the coil springs are replaced by air cushions on both sides of the bear designed as a piston,
  • Fig. 2 shows schematically the section of a turbine wheel with an obliquely splashing liquid jet and with the contour of a collecting nozzle which catches the liquid jet emerging from the turbine wheel and
  • Fig. 3 is a schematic sectional drawing of a hammer drill which is driven hydraulically via a turbine wheel, with the residual energy of the
    Drive jet liquid for flushing and cooling is guided to the drill bit.

In den Figuren ist ein hydraulisch angetriebener Bohr­hammer gezeigt, mit einem im Gehäuse 1 in Schlagrichtung beweglichen Führungskopf 14a,14b der die Schlagbewegung des Bärs 2a,2b führt, indem bis zum Aufprall auf die mit dem Bohrfutter 16 mitdrehende Bohrstange 15 der Bär 2a,2b über die Stossfeder 3a,3b mit dem Führungskopf 14a,14b verspannt ist und der Bewegung des Führungskopfes 14a,14b folgt. Die Bewegung des Führungskopfes 14a,14b ist in Abhängigkeit von der Zeit t in Fig. 1a angedeutet. Beim Aufprall geht die vom Getriebe 7 über Exzenter 12, den Pleuel 6 und den Lagerbolzen 8 auf den Führungskopf 14a,14b übertragene Bewegung weiter, indem die Stossfeder 3a,3b und die Rückstossfeder 4a,4b weiter komprimiert werden, wobei ein Kolben 5a oder Ausgleichsbohrungen 5b als Dämpfung und im Zusammenhang mit Ausgleichsräumen als Arbeitsspeicher wirken. Die Drehbewegung wird über eine Schnecke 11 im Getriebegehäuse 1a und eine Antriebswelle 13 auf das Bohrfutter 16 im Gehäuse 1d übertragen.In the figures, a hydraulically driven hammer drill is shown, with a guide head 14a, 14b which is movable in the direction of impact in the housing 1 and which guides the impact movement of the bear 2a, 2b, by the bear 2a, 2b, until it hits the drill rod 15 rotating with the drill chuck 16 is clamped to the guide head 14a, 14b via the shock spring 3a, 3b and follows the movement of the guide head 14a, 14b. The movement of the guide head 14a, 14b is indicated as a function of the time t in FIG. 1a. In the event of an impact, the movement transmitted from the transmission 7 via the eccentric 12, the connecting rod 6 and the bearing pin 8 to the guide head 14a, 14b continues by the compression spring 3a, 3b and the recoil spring 4a, 4b being further compressed, with a piston 5a or compensating bores 5b act as damping and in connection with compensation rooms as working memory. The rotary movement is transmitted via a worm 11 in the gear housing 1a and a drive shaft 13 to the drill chuck 16 in the housing 1d.

Erfindungsgemäss wird die Bewegung durch ein Turbinenrad 20 erzeugt, das mit einem Planetengetriebe 7 verbunden ist, dessen Planetenträger über Wälzlager 10 im Gehäuse 1, 1a gelagert ist. Der Planetenträger führt die Plane­tenräder mit dem Bolzen 9 und ist selbst als Exzenter 12 ausgebildet, wobei er Gegenmassen zur Exzentermasse be­sitzt, die einen Kräfteausgleich für die quer zur Stoss­richtung des Bärs 2a,2b beschleunigten Massen vom Exzen­ter 12 und Pleuel 6 bewirken. Das Turbinenrad 20 wird von einer Düse 24 mit einem Flüssigkeitsstrahl 25 beaufschla­gt, wobei der Flüssigkeitsstrahl 25 mit einer tangentia­len und einer axialen Komponente auf den Schaufeln 21 des Turbinenrades 20 auftrifft und mit einer tangentialen, einer axialen und einer radialen Komponente aus den Schaufeln 21 austritt. Die Austrittswinkel müssen empi­risch bestimmt werden, um eine in Strahlrichtung anzu­bringende Sammeldüse 26 mit nierenförmigem Querschnitt nach dem Injektorprinzip arbeiten zu lassen. Um Rückströ­mung zu verhindern, wird der Austrittsstrahl von einem eher runden Querschnitt auf einen Schlitzquerschnitt 27 im Grund der Sammeldüse 26 deformiert, den der mit Luft angereicherte Strahl vollständig ausfüllt. Im Anschluss an den Schlitzquerschnitt 27 findet eine diffusorähnliche Aufweitung zur Druckerhöhung in dem Führungskanal 28 statt, in welchem der volumetrische Luftanteil ca. 20 % beträgt. Der Führungskanal 28 kann als Kühlkanal ausge­bildet sein, der Wärme vom Bohrhammer abführt.Das Turbi­nenrad 20 ist im Bereich der Schaufelfüsse und im Bereich der Schaufeln 21 mit Ausnahme vom Ort des Eintretens und Austretens des Druckstrahls 25 axial mit einem Spiel von 0,3 mm gegen die Gehäusewand 1 und 1b versehen. Im weite­ren umgibt das Gehäuse die Turbinenschaufeln 21 radial im Winkelbereich des auftreffenden und die Schaufeln verlas­senden Druckstrahls 25 mit einer Gehäusezwischenwand 23 im Abstand von 0,3 mm. Der Eintrittsquerschnitt der Sam­meldüse 26 überlappt die Schaufeln 21 im Bereich der hinterschnittenen Schaufelfüsse und zieht durch den ent­standenen Spalt und die Bohrungen 22 im Turbinenrad 20 Luft ein, die durch eine Ansaugöffnung 19 mit Filter in das Turbinengehäuse 1b eintritt.According to the invention, the movement is generated by a turbine wheel 20 which is connected to a planetary gear 7, the planet carrier of which is mounted in the housing 1, 1a via roller bearings 10. The planet carrier guides the planet gears with the bolt 9 and is itself designed as an eccentric 12, whereby it has counter masses to the eccentric mass, which equalize forces for the masses of the eccentric 12 and connecting rod 6 accelerated transversely to the direction of impact of the bear 2a, 2b. The turbine wheel 20 is acted upon by a nozzle 24 with a liquid jet 25, the liquid jet 25 striking the blades 21 of the turbine wheel 20 with a tangential and an axial component and with a tangential, an axial and a radial component from the Buckets 21 emerges. The exit angles have to be determined empirically in order for a collecting nozzle 26 with a kidney-shaped cross section to be attached in the jet direction to work according to the injector principle. In order to prevent backflow, the exit jet is deformed from a rather round cross section to a slot cross section 27 in the base of the collecting nozzle 26, which the jet enriched with air completely fills. Following the slot cross section 27, there is a diffuser-like expansion to increase the pressure in the guide channel 28, in which the volumetric air fraction is approximately 20%. The guide channel 28 can be designed as a cooling channel which dissipates heat from the hammer drill. The turbine wheel 20 is axially opposed in the area of the blade roots and in the area of the blades 21 with a play of 0.3 mm, with the exception of the location of the entry and exit of the pressure jet 25 provided the housing wall 1 and 1b. Furthermore, the housing surrounds the turbine blades 21 radially in the angular range of the incident and exiting the pressure jet 25 with an intermediate wall 23 at a distance of 0.3 mm. The inlet cross section of the collecting nozzle 26 overlaps the blades 21 in the region of the undercut blade feet and draws air through the gap and the bores 22 in the turbine wheel 20, which air enters the turbine housing 1b through a suction opening 19 with a filter.

Der Ueberdruck des Flüssigkeits-Luft-Gemisches im Füh­rungskanal 28 beträgt ca. 1,5 bar. Die zur Spülung über­schüssige Menge des Gemisches wird über eine Blende im unteren Teil des Gehäuses abgeführt, damit sich im oberen Teil des Gehäuses 30 zwischen Bär 2a,2b und Bohrstange 15 ein Luftpolster 29 bildet, das kurzzeitig neben den all­gemein vorhandenen Luftblasen Flüssigkeit aufnimmt und die Wirkung eines Arbeitsspeichers hat, ohne dass der Druck bei der Verdrängung durch den Bär 2a,2b unnötig ansteigt. Die Gehäusezwischenwand 30 und das Gehäusezwi­schenstück 1c bilden ein Druckgefäss, das über die hohle Bohrstange 15 offen ist. Statische Weichdichtungen 17 und dynamische Weichdichtungen 18 gegenüber den bewegten Kör­pern sorgen für Dichtheit. Beim Zuschlagen von Bär 2a,2b bildet die Flüssigkeit vor der Berührung der Stirnflächen von Bär und Bohrstange 15 einen Übertragungswiderstand, der die Länge vom übertragenen Impuls vergrössert und zu einer grösseren Leistungsübertragung führt, ohne dass die Stirnflächen mechanisch beschädigt werden.The overpressure of the liquid-air mixture in the guide channel 28 is approximately 1.5 bar. The excess amount of the mixture for flushing is discharged via an orifice in the lower part of the housing, so that an air cushion 29 forms in the upper part of the housing 30 between the bear 2a, 2b and the drill rod 15, which absorbs liquid for a short time in addition to the generally present air bubbles and the RAM has the effect without the pressure being unnecessarily displaced by the bear 2a, 2b increases. The intermediate housing wall 30 and the intermediate housing part 1c form a pressure vessel which is open via the hollow boring bar 15. Static soft seals 17 and dynamic soft seals 18 with respect to the moving bodies ensure tightness. When the bear 2a, 2b strikes, the liquid forms a transmission resistance before the end faces of the bear and the boring bar 15 touch, which increases the length of the transmitted impulse and leads to a greater power transmission without the end faces being mechanically damaged.

Ein Schlagen des Bohrhammers im Leerlauf, d.h. ohne Vor­schubkraft an seiner Aufhängung, wird verhindert, indem das Oeffnen der Zuleitung zur Düse 24 über das Vorhanden­sein oder Einstellen einer Vorschubkraft verriegelt ist, was Einsparungen am Wasserverbrauch und Schonung der Me­chanik bewirkt. Der Bohrbetrieb wird so über das Ein- und Ausstellen des Vorschubes erreicht und unterbrochen.Hitting the rotary hammer at idle, i.e. without feed force on its suspension is prevented by locking the opening of the supply line to the nozzle 24 via the presence or setting of a feed force, which results in savings in water consumption and protection of the mechanics. The drilling operation is achieved and interrupted by setting the feed in and out.

Claims (15)

1. Hydraulischer Bohrhammer mit einem in Schlagrichtung federnd abgestützten Bär (2a,2b), der einerseits über Federelemente (3a,3b,4a,4b) und Kolben mit einem Pleuel (6) und einem Kurbeltrieb von einem Untersetzungsgetriebe (7) kraftgekoppelt ist, und der andererseits auf eine axial bewegliche Bohrstange (15) aufschlägt, dadurch ge­kennzeichnet, dass ein mit dem Getriebe (7) verbundenes Turbinenrad (20) durch mindestens einen Flüssigkeits­strahl (25) teilweise axial beaufschlagt ist, für den nach seiner Ablenkung am Austritt aus dem Turbinenrad (20) eine Sammeldüse (26) installiert ist, die als MiscK­strecke Luft und Restwasser aus dem Turbinengehäuse (1b) absaugt.1.Hydraulic hammer drill with a bear (2a, 2b) which is resiliently supported in the direction of impact and which is on the one hand force-coupled by a reduction gear (7) via spring elements (3a, 3b, 4a, 4b) and piston with a connecting rod (6) and a crank mechanism, and which, on the other hand, strikes an axially movable boring bar (15), characterized in that a turbine wheel (20) connected to the transmission (7) is partially axially acted upon by at least one liquid jet (25), for which after its deflection at the outlet from the Turbine wheel (20) a collecting nozzle (26) is installed, which sucks air and residual water from the turbine housing (1b) as a mixing section. 2. Hydraulischer Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl (25) beim Auf­treffen auf die Schaufelung (21) eine axiale Komponente von 40 bis 20 %, eine tangentiale Komponente von 80 bis 96 % und eine radiale Komponente von höchstens 15 % auf­weist.2. Hydraulic hammer drill according to claim 1, characterized in that the liquid jet (25) when striking the blade (21) has an axial component of 40 to 20%, a tangential component of 80 to 96% and a radial component of at most 15% having. 3. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (20) in seiner Radscheibe Durchbrüche (22) für den Luftdurch­tritt aufweist.3. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 and 2, characterized in that the turbine wheel (20) has openings (22) in its wheel disc for the passage of air. 4. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (20) im Bereich der Schaufeln (21) und der Schaufelfüsse mit Ausnahme des Zuführ- und Abführbereiches für den Flüssig­keitsstrahl (25) axial mit engem Spiel vom Gehäuse umge­ben ist.4. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 3, characterized in that the turbine wheel (20) in the area of the blades (21) and the blade roots with the exception of the feed and discharge area for the liquid jet (25) axially with close play from the housing is surrounded. 5. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (21) des Turbinenrades (20) im Bereich des Zuführens und Abführens des Flüssigkeitsstrahles (25) radial mit engem Spiel von einer Gehäusezwischenwand (23) umgeben sind.5. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 4, characterized in that the blades (21) of the turbine wheel (20) in the area of feeding and discharging the liquid jet (25) are surrounded radially with a tight clearance by a partition wall (23). 6. Hydraulicher Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeldüse (26) mit wenig Spiel an der Kontur der Austrittsseite des Turbi­nenrades (20) anliegt, mit ihrem Eintrittsquerschnitt nierenförmig ausgebildet ist und die unterschiedlichen Austrittsorte des zugehörigen Druckstrahls (25) aus dem Turbinenrad (20) abdeckt, wobei die Austrittsorte, die dem Bereich der normalen Arbeitsdrehzahlen des Turbinen­rades (20) entsprechen, berücksichtigt sind.6. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 5, characterized in that the collecting nozzle (26) rests with little play on the contour of the outlet side of the turbine wheel (20), is kidney-shaped with its inlet cross section and the different outlet locations of the associated pressure jet ( 25) from the turbine wheel (20), taking into account the exit locations which correspond to the range of the normal operating speeds of the turbine wheel (20). 7. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sammeldüse (26) in Richtung der mittleren, aus dem Turbinenrad (20) austretenden Druckstrahlen zu einem schlitzförmigen Quer­schnitt (27) verjüngt derart, dass der Druckstrahl in seinem Querschnitt so deformiert wird, dass er unabhängig vom Austrittsort aus dem Turbinenrad (20) den engsten Schlitzquerschnitt (27) im Grund der Sammeldüse (26) vollständig ausfüllt.7. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 6, characterized in that the collecting nozzle (26) tapers in the direction of the central, from the turbine wheel (20) pressure jets to a slot-shaped cross section (27) such that the pressure jet in its Cross section is deformed such that it completely fills the narrowest slot cross section (27) in the base of the collecting nozzle (26) regardless of the point of exit from the turbine wheel (20). 8. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeldüse (26) mit ihrer Eintrittskante den Flüssigkeitsstrahl bei der höchsten Arbeitsdrehzahl gerade noch einfängt, und dass bei noch höheren Drehzahlen Stoss- und Stauverluste mit dem Auftreffen des Flüssigkeitsstrahl auf die Eintritts­kante der Sammeldüse (26) erzeugt werden, die unerwünsch­te Ueberdrehzahlen verhindern.8. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 7, characterized in that the collecting nozzle (26) with its leading edge just catches the liquid jet at the highest working speed, and that at even higher speeds impact and accumulation losses with the impact of the liquid jet the leading edge of the collecting nozzle (26) are generated, which prevent undesirable overspeed. 9. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeldüse (26) oder ein daran anschliessender Führungskanal (28) in Durchtrittrichtung nach dem engsten Schlitzquerschnitt (27) eine diffusorähnliche Querschnittsvergrösserung auf­weisen.9. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 8, characterized in that the collecting nozzle (26) or an adjoining guide channel (28) in the direction of passage after the narrowest slot cross-section (27) have a diffuser-like cross-sectional enlargement. 10. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetengetriebe (7) zur Reduktion der Turbinendrehzahl eingesetzt ist, dessen Planetenträger als Exzenter (12) für den Kurbel­trieb mit Pleuel (6) ausgebildet ist, einen Massenaus­gleich für die zur Stossrichtung des Bärs (2a,2b) quer beschleunigten Massen vom Exzenter (12) und Pleuel (6) aufweist.10. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 9, characterized in that a planetary gear (7) is used to reduce the turbine speed, the planet carrier is designed as an eccentric (12) for the crank mechanism with connecting rod (6), a mass balance for has masses accelerated transversely to the direction of thrust of the bear (2a, 2b) from the eccentric (12) and connecting rod (6). 11. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Bär (2a,2b) und dem Aufnahmefutter (16) für die Bohrstan­ge (15) durch Gehäusewände und Dichtungen mit Ausnahme der Zulauf- und Ablauföffnungen abgedichtet ist.11. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 10, characterized in that the space between the bear (2a, 2b) and the receiving chuck (16) for the boring bar (15) is sealed by housing walls and seals with the exception of the inlet and outlet openings . 12. Hydraulischer Bohrhammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Bär(2a,2b) und dem Aufnahmefutter(16) in Arbeitsstellung des Bohrhammers oberhalb des Ausflusses zur Bohrstange(15) als Sack nach oben ausgebildet ist, in dem sich ein Luftpolster als Arbeitsspeicher bildet.12. Hydraulic hammer drill according to claim 11, characterized in that the space between the bear (2a, 2b) and the receiving chuck (16) in the working position of the hammer drill above the outflow to the drill rod (15) is formed as a sack in which a Air cushion forms as working memory. 13. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Führungskanal(28) oder eine davon später abgezweigte Überschussmenge zur Kühlung des Bohrhammers mitverwendet ist.13. Hydraulic rotary hammer according to one of claims 1 to 11, characterized in that the liquid in the guide channel (28) or a surplus amount branched off later is used for cooling the rotary hammer. 14. Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Bohrham­mers, dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Turbinenrad (20) teilweise axial durch mindestens einen Flüsigkeits­strahl (25) teilbeaufschlagt wird, und dass die aus der Strahlumlenkung gewonnene Energie als Kraftquelle für die Dreh- und Schlagbewegung eines Bohrmeissels verwendet wird,
dass in einem zweiten Verfahrensschritt Umgebungsluft über eine Ansaugöffnung (19) mit Filter in das unter Un­terdruck stehende Turbinengehäuse (1b) gebracht wird,
dass in einem dritten Verfahrensschritt die kinetische Restenergie der durch das Turbinenrad (20) abgelenkten Flüssigkeitsstrahlen (25) dazu verwendet wird, nach dem Injektorprinzip Luft und Restflüssigkeit aus dem Turbi­nengehäuse (1b) abzusaugen, durch Verzögerung in einem Diffusor auf niedrigere Geschwindigkeit zu bringen und bei höherem Druck weiter zu transportieren,
dass in einem vierten Verfahrensschritt das unter mehr­fachem Atmosphärendruck stehende Flüssigkeits-Luft-­Gemisch in den Raum zwischen Bär (2a,2b) und Bohrstange (15) geführt wird,
dass in einem fünften Verfahrensschritt überschüssiges Flüssigkeits-Luft-Gemisch an die Umgebung abgegeben wird,
dass in einem sechsten Verfahrensschritt ein federndes Luftpolster (29) im oberen Teil des Raumes, der durch Bär (2a,2b) und Bohrstange (15) begrenzt ist, gebildet wird, das einen Teil der beim Zuschlagen vom Bär (2a,2b) ver­drängten Flüssigkeit kurzzeitig aufnimmt,
und dass in einem siebten Verfahrensschritt das Flüssig­keits-Luft-Gemisch als Kühl- und Spülmedium durch die hohle Bohrstange (15) dem Bohrmeissel zugeführt wird, wobei sich Flüssigkeit zwischen den Stirnflächen des zu­schlagenden Bärs(2a,2b) und der Bohrstange(15) befindet, die durch ihren Widerstand beim Zusammenschlagen der Flä­chen die Länge des übertragenen Stossimpulses wesentlich vergrössert und eine grössere Leistungsübertragung ohne mechanische Schädigung der Flächen ermöglicht.14. A method for operating the hydraulic hammer drill, characterized in that
that in a first method step a turbine wheel (20) is partially axially loaded by at least one liquid jet (25), and that the energy obtained from the jet deflection is used as a power source for the rotary and impact movement of a drill bit,
that in a second process step ambient air is brought into the turbine housing (1b), which is under vacuum, via a suction opening (19) with a filter,
that in a third method step the kinetic residual energy of the liquid jets (25) deflected by the turbine wheel (20) is used to suck air and residual liquid out of the turbine housing (1b) according to the injector principle, to bring it to a lower speed by decelerating in a diffuser and at transport higher pressure,
that in a fourth process step the liquid-air mixture, which is under multiple atmospheric pressure, is led into the space between the bear (2a, 2b) and the boring bar (15),
that excess liquid-air mixture is released into the environment in a fifth process step,
that in a sixth process step, a resilient air cushion (29) is formed in the upper part of the space, which is delimited by the bear (2a, 2b) and boring bar (15), which displaced part of the bear (2a, 2b) when struck Absorbs liquid for a short time,
and that in a seventh method step the liquid-air mixture is fed as cooling and rinsing medium through the hollow drill rod (15) to the drill bit, liquid being located between the end faces of the striking bear (2a, 2b) and the drill rod (15) which significantly increases the length of the transmitted impulse due to its resistance when the surfaces are beaten together and enables greater power transmission without mechanical damage to the surfaces. 15. Hydraulischer Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszu­leitung zur Düse (24) nur bei Vorhandensein oder mit Ein­stellen von einer Vorschubkraft für den Bohrhammer geöff­net ist.15. Hydraulic hammer drill according to one of claims 1 to 12, characterized in that the liquid supply line to the nozzle (24) is opened only in the presence or with adjustment of a feed force for the hammer drill.
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