EP0658681A2 - Bohrhammer - Google Patents
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- EP0658681A2 EP0658681A2 EP94119216A EP94119216A EP0658681A2 EP 0658681 A2 EP0658681 A2 EP 0658681A2 EP 94119216 A EP94119216 A EP 94119216A EP 94119216 A EP94119216 A EP 94119216A EP 0658681 A2 EP0658681 A2 EP 0658681A2
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- European Patent Office
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- hammer drill
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- adapter
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- hammer
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Classifications
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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
Definitions
- the present invention relates to a pneumatically driven hammer drill, in particular a deep hole hammer, according to the preamble of claim 1.
- DE-U-9 202 336 describes a hammer drill of the type mentioned at the outset, which can also be used well in difficult rock. It has a rotatably driven tubular body for metering the blown air and a shaft which can be displaced therein and has a central passage, the lower end of which forms a shut-off element with the tubular body (or a sleeve part), for example a rotary or parallel slide, which releases an air deflection space as required or - possibly partially - closed.
- the neck of the shaft which is connected to the tubular body and a leading shaft can have a number of bores on the circumference provided pipe head are at risk of breakage due to relatively weak cross sections, especially since the length of the hammer drill acts on it with a large lever arm.
- the invention aims to create a rotary hammer of the type mentioned, which is simple in construction and economical to manufacture and which provides long service lives with great performance.
- the hammer should also be further developed so that it works relatively quietly even at an increased stroke frequency with low compressed air consumption.
- a pneumatically driven hammer drill in particular a deep hole hammer, with an upper cap for connection to a compressed air source and, if appropriate, to a drill pipe, with an outer tube and a central tube with radial passages, which has a check valve upstream and which is firmly connected to a control housing, and with one on the outer tube at the bottom axially displaceably held drill bit, the head of which can be slid onto the lower end of the central tube, which leads a percussion piston guided in a cylinder liner
- the invention provides according to claim 1 that the cylinder liner and the control housing casing with the outer tube at least partially form-fitting are firmly connected to a unit.
- the cylinder liner can connect to a shoulder in the outer tube with the same diameter and be fixed concentrically to the control housing jacket, e.g. by fitting the lower end of a tubular body, which advantageously contributes to the concentric anchoring of the cylinder liner.
- control housing jacket is circumferentially welded flush with the outer tube without welding additives over an axial region, the length of the welding zone being the outer diameter of the outer tube is in a ratio of 1: 1 to 1: 2, preferably in a ratio of 1: 1.5 to 1: 1.8.
- the outer grooves provided in claim 4 enable the attachment of screwing tools, which has great advantages in practical handling compared to the largely conventional clamping jaws.
- the cylinder liner has outer ribs offset from one another in sections, which at the same time ensure reliable support on the outer tube.
- they are arranged axially parallel and in uniform ring arrangements so that their circumferential distance from the adjacent outer rib is two to five times, preferably about three times the width of the rib. Thanks to this dimensioning, there are large free cross sections in the contact area to the outer tube, which has an extremely advantageous effect on hammer operation.
- the air distribution is further favored by the measure of claim 7 that the outer ribs of axially successive ring arrangements are in a gap with each other, whereby partial deflections in the circumferential direction are possible, while at the same time ensuring good contact with the inner tube inner wall.
- the ring arrangements preferably have axial distances from one another of the order of magnitude of the rib length, so that to a certain extent compensation chambers are formed which contribute to the uniformity of the air flow.
- control housing jacket is screwed directly to the top of the cap or to a lower part of an adapter, the threaded connection of which is parallel to the welding zone essentially over its axial length or extends beyond.
- the adapter can have circumferential upper air ducts which open outward towards a sieve ring which is gripped by a filter ring resting on a shoulder of the adapter.
- This can according to claim 11 on the circumference upward, in particular evenly distributed bores, nozzles or the like. have, which open obliquely or curved in an upper outer region where the filter ring tapers, preferably conically protruding is. In this way, a blow ring is created which generates a suction in the manner of a jet pump through air deflection. As a result, the cuttings are quickly moved up and out.
- Claim 16 provides as a variant that the shaft has a control slide with passages and an annular surface below, which cooperates with a collar in the upper part of the adapter in an air-controlling manner, that a central passage in the sliding piece is connected to the flow with essentially axially parallel upper air ducts of the upper part of the adapter and that at least some of the passages communicate with the upper air ducts in an upper position of the shaft.
- the air control formed in this way is as simple as it is effective. With little effort, flow conditions can be established that both Intermittent as well as continuous operation of the rotary hammer make a significant contribution to economic efficiency.
- a valve seat for a check valve arranged on the control housing is present in the adapter, which can be held together with the associated valve spring on a base which has channels leading from the passage to a control housing chamber.
- This structure is as simple as it is stable.
- the valve holder through the base which connects directly to the lower part of the adapter, has proven its worth.
- the further passages, channels, recesses etc. serve to supply air to the lower part of the hammer drill.
- the tubular body has radial bores which are connected to one another and to control housing radial bores by a puncture or annular space and which open into an annular chamber between the outer tube and the cylinder liner.
- the number, size and arrangement of these radial bores and the puncture assigned to them ensure perfect air flow for loading the piston.
- the annular chamber between the outer tube and the cylinder liner is very advantageous, the free cross-section according to claim 19 being at least as large as the narrowest under the central bores in the passage components of the hammer drill. This dimensioning ensures good air passage with at least substantially uniform flow resistance.
- the cylinder liner and the central tube have transverse or radial bores which are assigned to one another and can be released or closed by movement of the piston.
- Important improvements to the hammer drill operation can be achieved according to claim 21 in that channels, grooves, axial bores or the like, close to the circumference, of recesses, annular grooves or the like, which are delimited by control edges.
- the piston which open on one of its end faces. It is of great advantage that the required passages can be manufactured very precisely in a relatively simple manner, the number, size and arrangement of the passages in turn influencing the impact characteristics as required.
- the amount of under air attacking on the underside of the piston can be controlled very appropriately so that the piston accelerates more upwards and less downwards is braked, whereby a high impact frequency is achieved and the impact force on the drill bit is increased.
- a hammer drill 10 is shown with a connection or screw cap 11 and a central passage 12, furthermore a threaded connection 13 with a subsequent sealing ring 14 to a screw sleeve 16 inside a sleeve 15, which guides a shaft 20.
- the head 19 is screwed to the sleeve 16, a central passage 17 being designed as a hexagon for inserting a screwing tool.
- the shaft 20 carries spline-like ribs 21, which cooperate in a form-fitting manner with an opposite profile (counter ribs 31) in the upper part of a sliding piece 30.
- a central passage 22 leads to the lower end 23 of the shaft 20, where it has a collar 26 and a sliding opening 27 on the inside.
- a sliding guide 25 at the lower end 24 of the sleeve 15 guides a neck 35 of the sliding piece 30. This as well as the sleeve 15 and the screw cap 11 are provided with outer grooves R for attaching a screwing tool.
- the lower end 24 of the sleeve 15 is opposite a shoulder 34 of the sliding piece 30, which also has an inner stop 36 which faces the collar 26 of the shaft 20.
- a transition space 32 connects to the upper part 41 of an adapter 40, with a flow connection to its central passage 42 and to the outside air channels 43.
- an upwardly projecting connecting piece 44 is formed on the upper part 41.
- a blow ring 50 sits on a shoulder 46, the structure of which can be seen in detail from FIGS. 5a to 5d.
- the sleeve 15 encloses an annular space in which an annular distributor 103 with channels 104 for permanent blowing air can be located (FIG. 3).
- the passage 42 is flared until it merges into a chamber 47, the upper limit of which is designed as a valve seat 49. While the upper part 41 is screwed to the sliding piece 30 by a threaded connection 38, a threaded connection 48 on the lower part 45 serves for connection to an outer tube 55 which, like the adapter 40, has outer grooves R.
- the outer tube 55 is welded on its upper part 56 in a welding zone S to a control housing jacket 60, specifically over an axial region of length l, which corresponds approximately to that of the thread 38.
- a base 54 connects directly to the lower part 45 of the adapter 40 and serves as a holder for a check valve 59 with valve spring 58 and has channels 63 which open into a chamber 62 of the central tube 80.
- the control housing casing 60 has radial bores 64 which can be offset from one another in the axial and circumferential directions. They open into a recess or annular space 65, which is connected in terms of flow via radial bores 67 to an annular chamber 68 which is located between the unit of outer tube 55 and cylinder liner 70 welded at the upper end. This ends at a shoulder 57 in the outer tube 55. It has upper radial bores 71 and middle radial bores 72.
- a tubular body 61 which merges into the central tube 80, which has transverse bores 81 in the upper region and radial bores 83 in the lower region.
- the central tube 80 Immediately above the lower end 84 of the central tube 80, it generally has a section 107 of reduced outer diameter (FIGS. 8a, 8b, 8c), but a uniformly shaped central tube 80 is also possible (FIG. 1b).
- a piston 75 slides on it, which is also guided in the cylinder liner 70. It has recesses or annular grooves 76, 76 'and axial bores 78, 78' close to the circumference.
- Its top surface 74 faces the bottom surface 69 of the tubular body 61.
- the bottom surface 79 of the piston 75 periodically strikes the opposing impact surface 89 of a drill bit 90 during operation.
- the drill bit 90 has a shaft 87 with a shoulder 88 which is supported on a retaining ring 86.
- a buffer sleeve 85 is used to guide the upper part of the shaft 87.
- a passage 92 is designed towards the impact surface 89 as a sliding bore 91 which cooperates with the lower central tube end 84 in an air-controlling manner, which - as mentioned - is preferably offset in diameter.
- the drill bit 90 also has a retaining cap 93 with outer grooves R.
- the base of the drill bit 90 is provided in the usual way with passages and pins (not designated) or hard metal inserts.
- the lower part of the hammer drill 10 is shown in Fig. 1 in the blow-out position, i.e. with the hammer raised in the borehole B and therefore the drill bit 90 hanging without basic contact.
- the collar 26 of the lower shaft end 23 bears against the stop 36 of the sliding piece 30 and has thus released the pin 44 of the adapter 40.
- the air flow supplied through the central bores 12, 22 of the cap 11 and shaft 20 divides, so that a partial amount of air passes through the passage 42 in the adapter 40 and loads the check valve 59 downwards, i.e.
- the hammer drill 10 In the blow-out position of FIG. 1, the hammer drill 10 is lifted off the bottom of the borehole, so that the drill bit 90 hangs on the retaining ring 86 with the shoulder 88 under the air pressure present and the piston 75 rests on the buffer sleeve 85. As a result, its top surface 74 exposes the radial bores 71 of the cylinder liner 70.
- the compressed air therefore flows through the channels 63 into the chamber 62 of the central tube 80 and via the bores 64/65/67 into the annular space 68, further along the outer tube 55 to the radial bores 71 and into the channels or axial bores 78, but also through the transverse bores 81 and through the central bore 82 of the control or central tube 80 and the passage 92 in the shaft 87 of the drill bit 90, so that the bottom of the borehole is blown free underneath.
- the lower shaft end 23 surrounds the pin 44 of the adapter 40 in the upper part of the hammer drill 10, and the collar 26 closes the upper air channels 43.
- the compressed air supplied flows through the central bores or passages as a whole 12, 22, 42/47, 62, 82, 92 of components 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90; as a result, the drill bit 90 of the hammer drill 10 processes the bottom of the borehole.
- partial air quantities can be passed into the blow ring 50 by appropriately measuring or adjusting the annular gap between the collar 26 of the shaft 20 acting as a control slide and the pin 44 of the adapter 40.
- the lower part of the hammer drill 10 is in its working position (FIG. 2b on the left), in which the drill bit 90 is pressed into the bottom of the borehole and thus the piston 75 is raised. Its head surface 74 is above the thus closed radial bores 71, and the head of the drill bit shank 87 surrounds the lower end 84 of the central tube 80.
- Under air passes through the channels or axial bores 78 from the lower one Recess 76 of the piston 75. It is moved upwards until the supply of under air ceases as soon as the lower control edge 77 has passed over the radial bores 72 of the cylinder liner 70 (on the right in FIG. 2b). The air above the piston 75 is pushed out through the transverse bores 81 of the central tube 80 during the upward movement.
- Fig. 3 shows the upper part of a design of the hammer drill 10, which is simplified by omitting the shaft 20 and sliding piece 30.
- the sleeve 15 attached to the cap 11 is screwed directly to the adapter 40 by the threaded connection 38.
- the compressed air supplied in this exemplary embodiment via the ring distributor 103 and its channels 104 flows in continuous blow mode via the passages 12, 42 into the lower part of the hammer drill (not shown here), the blowing again taking place through the upper air channels 43 and the blow ring 50.
- the dimensioning and number of channels or bores determines the ratio of the partial air quantities.
- the lower end 23 of the shaft 20 forms a control slide with e.g. two ring surfaces 29, 29 'arranged one above the other at a predetermined distance and a number of passages 28, 28', 28 '' located next to them.
- the upper annular surface 29 ' closes the entrance of the passage 42 in the adapter 40. The entire air flow therefore passes through the passages 12, 22, 28' / 28, 42 of the components 11, 20/23, 40 in the screwed lower part of the rotary hammer 10 (not shown here).
- the air flow introduced via the passage 22 is divided. Then the upper air flows partly through the passages 28 ', 43, 53 upwards into the open and a partial flow goes down through the bottom passage 28 and through a narrow annular space which is present between the annular surface 29 and the collar 37 the lower part of the hammer drill.
- the partial air volumes can be adjusted as required by suitable dimensioning of the ducts or bores and the annular spaces.
- Fig. 6 shows a further version of a hammer drill 10 with valve control and with adjustable under air. Components of the same type are identified with the same reference numbers as before.
- a central tube 80 is also provided, but a ribbed cylinder liner 70 and a control valve 97 in a control housing jacket 60 which is axially welded to the outer tube 55. If the hammer 10 is not pressed against the bottom of the borehole, the lower edge 79 of the piston 75 lies on top of it Buffer sleeve 85 on. However, as soon as the hammer 10 is pressed on, the drill bit 90 lifts the piston 75.
- valve 97 (of the flapper valve type) in a neutral position; however, other control valves are also readily usable. If the valve plate mounted on a central support, a kind of cutting edge 98, of the control housing 96 tilts to the right, the left side opens and the air can enter the chamber 62 of the central tube 80 and through holes (not shown) which are provided in the control housing 96 Flow through holes 99 in the space between the upper edge 74 of the piston 75 and the lower edge 69 of the control housing casing 60. When the piston 75 moves down, the space above the piston relaxes as soon as its top edge 74 hits the The upper edge of the outlet bores 81 overflows in the central tube 80.
- the valve plate tilts to the left; it closes the blow air bores and opens the return stroke bores (not shown) in the control housing 96 on the right.The latter open into a collecting bore 100. From there, the air enters a puncture or annular space 65 and through radial bores 67 into the annular chamber 68, which is between the cylinder liner 70 and the outer tube 55 is formed. Finally, the air flows through the bores 72 of the cylinder liner 70 into the recess 76 of the piston 75, so that a new work cycle begins.
- the control of the hammer drill according to the invention via the central tube 80 allows a high number of strokes regardless of the shaft length of the piston 75, namely because of the large-area attack of the full amount of under air on the piston underside with a correspondingly rapid upward acceleration.
- This is in positive contrast to conventional rotary hammers, which only have a relatively narrow annular space available for the sub-air - either with a piston without a bore or one with a bore but without a central tube - and strive for high individual impact force, which is associated with a lower working frequency .
- the under air can be controlled so that the piston 75 e.g. closes the under-air inlet 72 after a third of its return stroke.
- a variant of this is a massive piston design (not shown) without axial bores or annular grooves, the under-air inlet 72 being pulled down so far that the air flowing in when the drill bit 90 is pressed in engages under the piston 75.
- the invention is not limited to the described embodiments, but can be modified in many ways.
- some grooves on the outside of the thread 38 can be made up to the height of the blow ring 50.
- 7 shows a modified cylinder liner 70 which is provided with a multiplicity of outer ribs 101. These are arranged in ring arrangements 102 at axial distances p from one another in such a way that, with good support on the outer tube inner wall, a large through-flow volume is ensured.
- the individual ring arrangements 102 are preferably set to one another with a gap, that is to say offset to one another in the circumferential direction, preferably by half the circumferential distance w. This is a multiple of the rib width n, in particular two to five times.
- the axial distance p can correspond approximately to the rib length m, but can also be shorter, so that the ring arrangements 102 follow one another more closely.
- FIG. 6a shows the central part of a rotary hammer designed for intermittent operation.
- the piston 75 rests on the buffer sleeve 85, closes the under-air inlet 72 and has cleared shut-off and blow-out holes 106 at the top .
- FIGS. 8b and 8c - analogously to FIGS. 4 and 6 - show the central part of a continuously striking rotary hammer, with the drill bit 90 still sagging in FIG. 8b, so that the elongated and thickened lower end 84 of the central tube 80 the sliding bore 91 of the Shaft 87 closes.
- the top of the rotary hammer (Fig. 4) delivers a reduced amount of air. It is expediently metered in such a way that the piston 75, when moving downwards, itself generates a buffering in the closed space 94, which prevents the piston 75 from touching the buffer sleeve 85 and the drill bit 90.
- the incoming under air then drives the piston 75 upward (FIG. 8c); as soon as it closes the outlet 81 in the buffer space 95, the oscillating piston movement occurs.
- a pneumatically driven deep hole hammer generally has an outer tube 55, a control housing jacket 60 together with a check valve 59 and a central tube 80 having radial passages 81, 83 on which a percussion piston 75 slides.
- the head of an axially displaceable The drill bit 90 can be slid onto the lower, preferably stepped central tube end 84.
- a possibly ripped cylinder liner 70 guiding the piston 75 and the control housing jacket 60 are circumferentially welded to the outer tube 55 over an axial region (welding zone S, length l).
- Above the control housing there is an adapter 40 which has upper air channels 42 and which carries a blow ring 50 with upward-directed nozzles 53.
- a drive-transmitting sleeve 15 is connected to the adapter 40 directly or via a sliding piece 30 with a shaft 20 guided therein.
- the lower end 23 thereof can form a control slide relative to the adapter upper part 41, from which passages 42, 47 lead to a control housing chamber 62 with channels 63.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Herkömmliche Bohrgeräte hämmern im ventilgesteuerten Aussetz- oder Dauerbetrieb mit einem am Fußteil angeordneten Bohrmeißel, der Durchlässe für die Druckluft aufweist, die am Bohrlochgrund umgelenkt wird und losgeschlagenes Bohrklein nach oben fördert. Bei einem Im-Loch-Bohrhammer z.B. nach DE-A-2 705 191 sind auf einem Zentralrohr ein Kolben und darüber ein mit Querschlitzen versehener Rohrschieber geführt, der die Druckbeaufschlagung des Hammers und auch das Ausblasen in verhältnismäßig aufwendiger Weise steuert. Der Kolben kann auch in einem Gehäuse gleiten, das innerhalb eines Außenrohres befestigt ist, was jedoch problematisch und störungsanfällig sein kann. Ähnliches gilt für Bohrhämmer gemäß DE-B-2 062 690 und EP-A-0 484 672.
- DE-U-9 202 336 beschreibt einen Bohrhammer der eingangs genannten Art, der auch in schwierigem Gestein gut einsetzbar ist. Er hat zur Blasluft-Dosierung einen drehbar angetriebenen Rohrkörper und eine darin verschiebliche, einen Zentraldurchlaß aufweisende Welle, deren unteres Ende mit dem Rohrkörper (oder einem Hülsenteil) ein Absperrorgan, z.B. einen Dreh- oder Parallelschieber bildet, der einen Luftumlenkraum nach Bedarf freigibt oder - gegebenenfalls teilweise - verschließt. Allerdings kann der Hals der mit dem Rohrkörper antriebsverbundenen Welle und ein sie führender, am Umfang mit einer Anzahl Bohtungen versehener Rohrkopf infolge relativ schwacher Querschnitte bruchgefährdet sein, zumal die Bohrhammerlänge mit großem Hebelarm daran angreift.
- Mit dem allgemeinen Ziel weiterer Verbesserung strebt die Erfindung die Schaffung eines Bohrhammers der eingangs genannten Art an, der einfach aufgebaut sowie wirtschaftlich zu fertigen ist und bei großer Leistung lange Betriebs-Standzeiten erbringt. Der Hammer soll ferner so weiterentwickelt werden, daß er auch bei erhöhter Schlagfrequenz mit niedrigem Druckluft-Verbrauch und relativ ruhig arbeitet.
- Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 22.
- Bei einem pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, mit einer oberen Kappe zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit einem Außenrohr und einem radiale Durchlässe aufweisenden Zentralrohr, dem ein Rückschlagventil vorgeordnet und das mit einem Steuergehäuse fest verbunden ist, und mit einer am Außenrohr unten axialverschieblich gehalterten Bohrkrone, deren Kopf auf das untere Ende des Zentralrohrs aufgleitbar ist, das darüber einen in einer Zylinderbüchse geführten Schlagkolben führt, sieht die Erfindung gemäß Anspruch 1 vor, daß die Zylinderbüchse und der Steuergehäuse-Mantel mit dem Außenrohr zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit festverbunden sind. Das führt zu wesentlichen Vorteilen gegenüber vergleichbaren Konstruktionen, bei denen infolge von Befestigungs-Schwierigkeiten nicht selten Bohrhammer-Ausfälle auftraten, was beträchtliche Betriebsstörungen verursachen konnte. Dabei war es ungünstig, daß das Außenrohr zwei- oder mehrteilig sein mußte, wogegen die Erfindung ein homogenes, einstückiges Außenrohr ermöglicht. Dadurch ist ein hohes Maß von Betriebzuverlässigkeit gewährleistet.
- Laut Anspruch 2 kann die Zylinderbüchse unten an einen Absatz im Außenrohr durchmessergleich anschließen und am Steuergehäuse-Mantel konzentrisch festgelegt sein, z.B. durch Einpassung des unteren Endes eines Rohrkörpers, der zur konzentrischen Verankerung der Zylinderbüchse vorteilhaft beiträgt.
- Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist der Steuergehäuse-Mantel oben bündig abschließend ohne Schweißzusätze über einen Axialbereich mit dem Außenrohr umfangsverschweißt, wobei die Länge der Schweißzone zum Außendurchmesser des Außenrohrs im Verhältnis von 1:1 bis 1:2 steht, bevorzugt im Verhältnis von 1:1,5 bis 1:1,8.
- Die in Anspruch 4 vorgesehenen Außenrillen ermöglichen den Ansatz von Schraubwerkzeugen, was gegenüber den weitgehend üblichen Klemmbacken in der praktischen Handhabung große Vorteile bringt.
- Strömungstechnisch ist es günstig, wenn die Zylinderbüchse gemäß Anspruch 5 abschnittsweise zueinander versetzte Außenrippen aufweist, die zugleich eine sichere Abstützung am Außenrohr gewährleisten. Sie sind insbesondere laut Anspruch 6 achsparallel angeordnet und in gleichförmigen Ringanordnungen so ausgebildet, daß ihr Umfangsabstand zur benachbarten Außenrippe jeweils das Zwei- bis Fünffache, vorzugsweise etwa das Dreifache der Rippenbreite beträgt. Dank dieser Bemessung sind große freie Querschnitte in dem Berührungsraum zum Außenrohr gegeben, was sich außerordentlich vorteilhaft auf den Hammerbetrieb auswirkt. Die Luftverteilung wird noch durch die Maßnahme von Anspruch 7 begünstigt, daß die Außenrippen von axial aufeinanderfolgenden Ringanordnungen zueinander auf Lücke stehen, wodurch Teil-Umlenkungen in Umfangsrichtung möglich sind, während gleichzeitig eine gute Anlage an der Außenrohr-Innenwand sichergestellt ist. Bevorzugt haben die Ringanordnungen laut Anspruch 8 zueinander Axialabstände von der Größenordnung der Rippenlänge, so daß gewissermaßen Ausgleichskammern gebildet sind, die zur Vergleichmäßigung des Luftstroms beitragen.
- Eine wichtige Gestaltung, für die selbständiger Schutz in Anspruch genommen wird, besteht nach Anspruch 9 darin, daß der Steuergehäuse-Mantel oben direkt mit der Kappe oder mit einem Unterteil eines Adapters verschraubt ist, dessen Gewindeverbindung sich parallel zu der Schweißzone im wesentlichen über deren Axiallänge oder darüber hinaus erstreckt. Ein solcher Adapter ermöglicht die bequeme Anpassung des Bohrhammers an die verschiedensten Einsatzbedingungen, wobei die sichere Befestigung stets wesentlich zu langer Standzeit beiträgt.
- Der Adapter kann laut Anspruch 10 umfangsnahe Oberluft-Kanäle aufweisen, die auswärtsgerichtet an einem Siebring münden, welcher von einem an einer Schulter des Adapters anliegenden Filterring gefaßt ist. Dieser kann nach Anspruch 11 am Umfang aufwärtsgerichtete, insbesondere gleichmäßig verteilte Bohrungen, Düsen o.dgl. haben, die schräg bzw. gekrümmt in einem oberen Außenbereich münden, wo der Filterring verjüngt, vorzugsweise konisch einspringend gestaltet ist. Auf diese Weise ist ein Blasring geschaffen, der durch Luftumlenkung einen Sog nach Art einer Strahlpumpe erzeugt. Infolgedessen wird das Bohrklein zügig nach oben und außen gefördert.
- Einen wichtigen Beitrag zur Dauerstabilität des erfindungsgemäßen Bohrhammers leistet die Gestaltung gemäß Anspruch 12, wobei zwischen dem Adapter und der Anschlußkappe eine antriebsübertragende Muffe sitzt, deren Außendurchmesser gleich demjenigen des Außenrohrs und die mit dem Adapter direkt oder über ein Schiebestück mit der darin geführten Welle antriebsverbunden ist. Die Kraftübertragung erfolgt also mit sehr kurzer Welle über zwei unmittelbar hintereinander sitzende Führungsglieder. Die Antriebswelle ist vor allem an der entscheidenden Befestigungsstelle direkt hinter der Anschlußkappe muffengeschützt. Infolgedessen können Erschütterungen, Biegemomente u.dgl., die vom Ende des Bohrhammers ausgehen, anders als bei herkömmlichen Konstruktionen keine Beschädigung an der Oberteil-Befestigung anrichten, zumal ein solcher Bohrhammer nicht nur dank seiner relativen Kürze besonders robust ist, sondern auch weil der auf dem Adapter sitzende Blasring unmittelbar an die mit einer Gewindeverbindung versehene Muffe anschließt.
- Bei der Bauform mit Schiebestück, das laut Anspruch 13 eine höhenbegrenzte Gleitführung für eine profilierte Welle aufweisen kann, erzielt man eine zusätzliche Steuerungs-Möglichkeit zur Luftstrom-Teilung in einem gewünschten Verhältnis. Damit ist es möglich, einerseits Zentralluft bis zur Bohrkrone zu führen, andererseits in bedarfsgerechtem Ausmaß Blasluft abzuzweigen. Eine günstige Luftzufuhr erzielt man insbesondere dadurch, daß nach Anspruch 14 zwischen der Anschlußkappe und der Muffe ein Ringverteiler mit Kanälen für Dauerblasluft angeordnet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn nach Anspruch 15 das untere Ende der Welle eine Aufgleitöffnung für einen Stutzen am Oberteil des Adapters hat, der auf diese Weise mit zur Luftsteuerung herangezogen wird.
- Anspruch 16 sieht als Variante vor, daß die Welle unten einen Steuerschieber mit Durchlässen und einer Ringfläche aufweist, die mit einem Kragen im Adapter-Oberteil luftsteuernd zusammenwirkt, daß ein zentrischer Durchlaß im Schiebestück mit im wesentlichen achsparallelen Oberluft-Kanälen des Adapter-Oberteils strömungsverbunden ist und daß zumindest einige der Durchlässe in einer oberen Stellung der Welle mit den Oberluft-Kanälen in Verbindung stehen. Man erkennt, daß die hierdurch gebildete Luftsteuerung ebenso einfach wie wirksam ist. Mit geringem Aufwand lassen sich Strömungsverhältnisse herstellen, die sowohl bei Aussetz- als auch bei Dauerbetrieb des Bohrhammers wesentlich zur Wirtschaftlichkeit beitragen.
- Bei der Weiterbildung von Anspruch 17 ist im Adapter ein Ventilsitz für ein am Steuergehäuse angeordnetes Rückschlagventil vorhanden, das samt zugehöriger Ventilfeder an einem Sockel gehaltert sein kann, der von dem Durchlaß zu einer Steuergehäuse-Kammer führende Kanäle aufweist. Dieser Aufbau ist ebenso einfach wie stabil. Insbesondere in Verbindung mit der Schweißzone, durch die das Außenrohr mit der Zylinderbüchse starr verbunden ist, bewährt sich die Ventilhalterung durch den Sockel, welcher unmittelbar an den Adapter-Unterteil anschließt. Die weiterführenden Durchlässe, Kanäle, Aussparungen usw. dienen der Luftzuführung in den Bohrhammer-Unterteil.
- Gemäß Anspruch 18 weist der Rohrkörper Radialbohrungen auf, die durch einen Einstich bzw. Ringraum miteinander und mit Steuergehäuse-Radialbohrungen in Verbindung stehen, welche in eine Ringkammer zwischen dem Außenrohr und der Zylinderbüchse münden. Anzahl, Größe und Anordnung dieser Radialbohrungen und des ihnen zugeordneten Einstichs gewährleisten einwandfreie Luftführung zur Beaufschlagung des Kolbens. Sehr vorteilhaft ist dabei die zwischen dem Außenrohr und der Zylinderbüchse vorhandene Ringkammer, deren freier Querschnitt laut Anspruch 19 wenigstens so groß ist wie die engste unter den Zentralbohrungen in den Durchgangs-Bauteilen des Bohrhammers. Diese Bemessung stellt guten Luft-Durchgang mit zumindest im wesentlichen gleichförmigem Strömungswiderstand sicher.
- In weiterer Ausgestaltung der Luftführung weisen laut Anspruch 20 die Zylinderbüchse und das Zentralrohr Quer- bzw. Radialbohrungen auf, die einander zugeordnet und durch Bewegung des Kolbens freigeb- bzw. verschließbar sind. Wichtige Verbesserungen des Bohrhammer-Betriebs erzielt man gemäß Anspruch 21 dadurch, daß von Aussparungen, Ringnuten o.dgl., die durch Steuerkanten begrenzt sind, umfangsnahe Kanäle, Nuten, Axialbohrungen o.dgl. des Kolbens ausgehen, welche an einer seiner Stirnflächen münden. Dabei ist es von großem Vorteil, daß die benötigten Durchlässe auf verhältnismäßig einfache Weise sehr genau gefertigt werden können, wobei wiederum Anzahl, Größe und Anordnung der Durchlässe im einzelnen die Schlagcharakteristik nach Bedarf beeinflussen. Außerdem kann durch die Maßnahmen von Anspruch 22 die an der Kolbenunterseite angreifende Unterluftmenge sehr zweckmäßig so gesteuert werden, daß der Kolben aufwärts stärker beschleunigt und abwärts weniger gebremst wird, wodurch eine hohe Schlagfrequenz erreicht und die Auftreffwucht auf die Bohrkrone gesteigert wird.
- Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch einen Bohrhammer in Ausblas-Stellung.
- Fig. 2
- einen geteilten Längsschnitt durch einen Bohrhammer in zwei Arbeits-Stellungen,
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch einen Bohrhammer-Oberteil von vereinfachter Bauform,
- Fig. 4
- einen geteilten Längsschnitt durch einen Bohrhammer-Oberteil einer anderen Ausführungsform in zwei Arbeits-Stellungen,
- Fig. 5a bis 5d
- Seiten- bzw. Schnittansichten von Bestandteilen und Zusammenbau eines Blasringes,
- Fig. 6
- einen Längsschnitt durch einen Mittel- und Unterteil eines Bohrhammers noch einer anderen Bauform,
- Fig. 7
- eine Seiten- und Axialschnittansicht einer Zylinderbüchse und
- Fig. 8a bis 8c
- je eine Teil-Längsschnittansicht weiterer Varianten mit unterschiedlichen Kolbenstellungen.
- In den Zeichnungen sind Fig. 1a und 1b (=Fig. 1) sowie Fig. 2a und 2b (=Fig. 2) jeweils aneinandergesetzt zu denken. Dargestellt ist ein Bohrhammer 10 mit einer Anschluß- oder Schraubkappe 11 und einem zentralen Durchlaß 12, ferner eine Gewindeverbindung 13 mit anschließendem Dichtungsring 14 zu einer Schraubhülse 16 im Inneren einer Muffe 15, die eine Welle 20 führt. Deren Kopf 19 ist mit der Hülse 16 verschraubt, wobei ein zentraler Durchlaß 17 als Sechskant zum Einsetzen eines Schraubwerkzeugs ausgebildet ist. Die Welle 20 trägt keilwellenartige Rippen 21, die mit einem gegengleichen Profil (Gegenrippen 31) im Oberteil eines Schiebestücks 30 formschlüssig zusammenwirken.
- Ein zentraler Durchlaß 22 führt bis zum unteren Ende 23 der Welle 20, wo sie einen Bund 26 und innen eine Aufgleitöffnung 27 hat. Eine Gleitführung 25 am unteren Ende 24 der Muffe 15 führt einen Hals 35 des Schiebestücks 30. Dieses sowie die Muffe 15 und die Schraubkappe 11 sind mit Außenrillen R zum Ansetzen eines Schraubwerkzeugs versehen. Dem unteren Ende 24 der Muffe 15 steht eine Schulter 34 des Schiebestücks 30 gegenüber, das außerdem einen inneren Anschlag 36 hat, der dem Bund 26 der Welle 20 gegenübersteht.
- Nach unten schließt im Schiebestück 30 ein Übergangsraum 32 zum Oberteil 41 eines Adapters 40 an, und zwar mit Strömungsverbindung zu dessen zentralem Durchlaß 42 und zu außen angeordneten Oberluft-Kanälen 43. Am Oberteil 41 ist ein nach oben ragender Stutzen 44 ausgebildet. Auf einer Schulter 46 sitzt ein Blasring 50, dessen Aufbau im einzelnen aus Fig. 5a bis 5d hervorgeht. Zwischen der Schraubkappe 11 und dem Oberteil 41 umschließt die Muffe 15 einen Ringraum, in dem sich ein Ringverteiler 103 mit Kanälen 104 für Dauerblasluft befinden kann (Fig. 3).
- Im Mittelteil des Adapters 40 ist der Durchlaß 42 konisch erweitert, bis er in eine Kammer 47 übergeht, deren obere Begrenzung als Ventilsitz 49 gestaltet ist. Während der Oberteil 41 durch eine Gewindeverbindung 38 mit dem Schiebestück 30 verschraubt ist, dient eine Gewindeverbindung 48 am Unterteil 45 zur Verbindung mit einem Außenrohr 55, das ebenso wie der Adapter 40 Außenrillen R hat.
- Das Außenrohr 55 ist an seinem Oberteil 56 in einer Schweißzone S mit einem Steuergehäuse-Mantel 60 verschweißt, und zwar über einen Axialbereich der Länge ℓ, die etwa derjenigen des Gewindes 38 entspricht. An den Unterteil 45 des Adapters 40 schließt unmittelbar ein Sockel 54 an, der als Halterung für ein Rückschlagventil 59 mit Ventilfeder 58 dient und Kanäle 63 aufweist, die in einer Kammer 62 des Zentralrohrs 80 münden.
- Der Steuergehäuse-Mantel 60 hat Radialbohrungen 64, die zueinander in Axial- und Umfangsrichtung versetzt sein können. Sie münden in einen Einstich oder Ringraum 65, der über Radialbohrungen 67 mit einer Ringkammer 68 strömungsverbunden ist, die sich zwischen der am oberen Ende verschweißten Einheit von Außenrohr 55 und Zylinderbüchse 70 befindet. Diese endet an einem Absatz 57 im Außenrohr 55. Sie hat obere Radialbohrungen 71 sowie mittlere Radialbohrungen 72.
- Im Steuergehäuse-Mantel 60 sitzt ein Rohrkörper 61, der in das Zentralrohr 80 übergeht, das im oberen Bereich Querbohrungen 81 und im unteren Bereich Radialbohrungen 83 hat. Unmittelbar über dem unteren Ende 84 des Zentralrohrs 80 hat es im allgemeinen einen Abschnitt 107 von verringertem Außendurchmesser (Fig. 8a, 8b, 8c), doch ist auch ein gleichmäßig ausgebildetes Zentralrohr 80 möglich (Fig. 1b). Auf ihm gleitet in jedem Falle ein Kolben 75, der zugleich in der Zylinderbüchse 70 geführt ist. Er hat Aussparungen bzw. Ringnuten 76, 76' und umfangsnahe Axialbohrungen 78, 78'. Seine Kopffläche 74 steht der Bodenfläche 69 des Rohrkörpers 61 gegenüber. Die Bodenfläche 79 des Kolbens 75 trifft im Betrieb periodisch auf die ihr gegenüberstehende Aufschlagfläche 89 einer Bohrkrone 90.
- Die Bohrkrone 90 hat einen Schaft 87 mit einer Schulter 88, die sich an einem Haltering 86 abstützt. Zur Führung des oberen Teils des Schaftes 87 dient eine Pufferbüchse 85. Ein Durchlaß 92 ist zur Aufschlagfläche 89 hin als Aufgleitbohrung 91 gestaltet, die luftsteuernd mit dem unteren Zentralrohr-Ende 84 zusammenwirkt, das dazu - wie erwähnt - bevorzugt im Durchmesser abgesetzt ist. Die Bohrkrone 90 besitzt ferner eine Haltekappe 93 mit Außenrillen R. Der Fuß der Bohrkrone 90 ist in üblicher Weise mit (nicht bezeichneten) Durchlässen und Stiften bzw. Hartmetall-Einsätzen versehen.
- Den Unterteil des Bohrhammers 10 zeigt Fig. 1 in Ausblas-Stellung, d.h. bei im Bohrloch B angehobenem Hammer und daher ohne Grundberührung hängender Bohrkrone 90. Im Oberteil liegt der Bund 26 des unteren Wellen-Endes 23 am Anschlag 36 des Schiebestücks 30 an und hat also den Zapfen 44 des Adapters 40 freigegeben. Der durch die Zentralbohrungen 12, 22 von Kappe 11 und Welle 20 zugeführte Luftstrom teilt sich, so daß eine Teilluftmenge über den Durchlaß 42 im Adapter 40 geht und das Rückschlagventil 59 abwärts belastet, d.h. in die in Fig. 1 gezeichnete Offen-Stellung; die übrige Luft strömt durch die Oberluft-Kanäle 43 des Adapters 40 und durch den Siebring 51 sowie die Düsen bzw. Schrägbohrungen 53 des Blasringes 50. Die dabei erfolgende Luft-Umlenkung bewirkt einen Strahlpumpen- oder Venturi-Effekt und mithin einen Sog, der das Bohrklein von der Bohrlochsohle nach oben fördert. Durch Anzahl und Größe der Durchlässe bzw. Kanäle und Bohrungen kann man die Teilluftströme bedarfsgerecht bemessen.
- In der Ausblas-Stellung von Fig. 1 ist der Bohrhammer 10 vom Bohrlochgrund abgehoben, so daß die Bohrkrone 90 unter dem anstehenden Luftdruck mit der Schulter 88 an dem Haltering 86 hängt und der Kolben 75 auf der Pufferbüchse 85 aufsitzt. Infolgedessen gibt seine Kopffläche 74 die Radialbohrungen 71 der Zylinderbüchse 70 frei. Die Druckluft strömt daher durch die Kanäle 63 in die Kammer 62 des Zentralrohrs 80 und über die Bohrungen 64/65/67 in den Ringraum 68, weiter entlang dem Außenrohr 55 zu den Radialbohrungen 71 und in die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78, aber auch durch die Querbohrungen 81 sowie durch die Zentralbohrung 82 des Steuer- oder Zentralrohres 80 und den Durchlaß 92 im Schaft 87 der Bohrkrone 90, so daß der Bohrlochgrund darunter freigeblasen wird.
- In der Arbeits-Stellung von Fig. 2 umschließt im Oberteil des Bohrhammers 10 das untere Wellen-Ende 23 den Zapfen 44 des Adapters 40, und der Bund 26 verschließt die Oberluft-Kanäle 43. Die zugeführte Druckluft strömt insgesamt durch die Zentralbohrungen bzw. Durchlässe 12, 22, 42/47, 62, 82, 92 der Bauteile 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90; infolgedessen bearbeitet die Bohrkrone 90 des Bohrhammers 10 den Bohrlochgrund. Zum ständigen Ausblasen können Teilluftmengen in den Blasring 50 geleitet werden, indem man den Ringspalt zwischen dem als Steuerschieber wirkenden Bund 26 der Welle 20 und dem Zapfen 44 des Adapters 40 geeignet bemißt bzw. einstellt.
- Zugleich befindet sich der Unterteil des Bohrhammers 10 in seiner Arbeits-Stellung (Fig. 2b links), bei der die Bohrkrone 90 im Bohrlochgrund angedrückt und also der Kolben 75 angehoben ist. Seine Kopffläche 74 steht oberhalb der mithin verschlossenen Radialbohrungen 71, und der Kopf des Bohrkronen-Schaftes 87 umschließt das untere Ende 84 des Zentralrohrs 80. In den entstandenen geschlossenen Raum 94 oberhalb der Pufferbüchse 85 gelangt Unterluft durch die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78 von der unteren Aussparung 76 des Kolbens 75. Er wird nach oben bewegt, bis die Zufuhr von Unterluft aufhört, sobald die untere Steuerkante 77 die Radialbohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 überfahren hat (rechts in Fig. 2b). Die über dem Kolben 75 anstehende Luft wird während der Aufwärtsbewegung durch die Querbohrungen 81 des Zentralrohrs 80 ausgeschoben.
- Hat die Kopffläche 74 des Kolbens 75 die Höhe der Querbohrungen 81 überschritten und mithin unterhalb der Bodenfläche 69 des Steuergehäuse-Mantels 60 einen Pufferraum 95 gebildet, so wird hierin Luft gestaut und die Aufwärtsbewegung des Kolbens 75 gebremst, dessen Bodenfläche 79 die radialen Auslaßbohrungen 83 des Zentralrohrs 80 freigegeben hat, wodurch sich die Unterluft entspannt.
- Sobald die obere Steuerkante der Aussparung 76' die Radialbohrungen 71 der Zylinderbüchse 70 überläuft, gelangt Druckluft durch die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78' in den erwähnten Pufferraum 95, was die Abwärtsbewegung des Kolbens 75 und also den Schlaghub einleitet. Die Druckluft-Zufuhr hält an, bis die obere Steuerkante der Aussparung 76' unter die Radialbohrungen 71 gegangen ist (links in Fig. 2b) und letztere dadurch verschlossen hat. Die unterhalb des Kolbens 75 befindliche Luft wird bei seiner Abwärtsbewegung durch das Zentralrohr 80 über dessen Radialbohrungen 83 ausgeschoben, bis diese beim Vorbeifahren der Bodenfläche 79 des Kolbens 75 verschlossen werden. Mit der Neubildung des geschlossenen Raums 94 beginnt der nächste Arbeitszyklus.
- Fig. 3 stellt den Oberteil einer Bauform des Bohrhammers 10 dar, der durch Weglassen von Welle 20 und Schiebestück 30 vereinfacht ist. Die an der Kappe 11 befestigte Muffe 15 ist durch die Gewindeverbindung 38 direkt mit dem Adapter 40 verschraubt. Die in diesem Ausführungsbeispiel über den Ringverteiler 103 und seine Kanäle 104 zugeführte Druckluft strömt im Dauerblasbetrieb über die Durchlässe 12, 42 in den (hier nicht gezeichneten) Bohrhammer-Unterteil, wobei das Ausblasen wiederum durch die Oberluft-Kanäle 43 und den Blasring 50 erfolgt. Die Bemessung und Anzahl der Kanäle bzw. Bohrungen bestimmt auch hier das Verhältnis der Teilluftmengen.
- Bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsform des Bohrhammer-Oberteils bildet das untere Ende 23 der Welle 20 einen Steuerschieber mit z.B. zwei in vorgegebenem Abstand übereinander angeordneten Ringflächen 29, 29' und einer Anzahl daneben befindlicher Durchlässe 28, 28', 28''. Die obere Ringfläche 29' verschließt im angedrückten Zustand des Bohrhammers 10 (links in Fig. 4) den Eingang des Durchlasses 42 im Adapter 40. Daher gelangt der gesamte Luftstrom über die Durchlässe 12, 22, 28'/28, 42 der Bauteile 11, 20/23, 40 in den (hier nicht dargestellten) angeschraubten Unterteil des Bohrhammers 10.
- Während die zuvor beschriebenen Bauformen im Aussetz-Betrieb arbeiten, bei dem der Bohrhammer 10 durch Abheben der Bohrkrone 90 vom Bohrlochgrund zu schlagen aufhört und dann nur das Bohrloch B freigeblasen wird, erzielt man mit der Steuerschieber-Konstruktion gemäß Fig. 4 in Verbindung mit der Bauform nach Fig. 8b und 8c auf überraschend einfache Weise einen Dauerschlag-Betrieb mit exakter Dosierung der Teilluftmengen. Der Kolben 75 bewegt sich daher im angehobenen Hammerzustand weiter auf und ab; das dadurch erzeugte Rütteln ist in manchen Gesteins-Formationen erwünscht, in anderen unerläßlich (z.B. bei Abraum, Lehmeinschlüssen, Spalten, Rissen usw.). Indem der in den Hammer-Unterteil gelangende Teilstrom durch den Steuerschieber 23 passend reduziert wird, drosselt man den Kolbenhub und infolgedessen die Schlag-Energie so, daß eine Überbeanspruchung oder gar Selbstzerstörung des Bohrhammers 10 mit Sicherheit vermieden wird.
- Da die übrige Teilluftmenge durch die Oberluft-Kanäle 43 im Adapter 40 sowie über die Bohrungen bzw. Düsen 53 des Blasringes 50 austritt, ist gutes Ausblasen des Bohrlochs B gewährleistet. Soll es noch intensiviert werden, so kann man den Ringraum zwischen dem Kragen 37 und der bzw. jeder Ringfläche 29, 29' des Steuerschiebers 23 entsprechend dem gewünschten Teilluft-Durchsatz erweitern. Wahlweise oder alternativ können zusätzliche Durchlässe 28'' oberhalb der oberen Ringfläche 29' vorgesehen und entsprechend bemessen werden.
- Im hängenden Zustand (rechts in Fig. 4) der Bohrkrone 90 wird der über den Durchlaß 22 eingeleitete Luftstrom geteilt. Dann strömt die Oberluft zum Teil über die Durchlässe 28', 43, 53 nach oben ins Freie und ein Teilstrom geht durch den Boden-Durchlaß 28 sowie durch einen engen Ringraum, der zwischen der Ringfläche 29 und dem Kragen 37 vorhanden ist, nach unten in den Bohrhammer-Unterteil. Auch hierbei lassen sich die Teilluftmengen durch geeignete Bemessung der Kanäle bzw. Bohrungen und der Ringräume bedarfsgerecht einstellen.
- Fig. 6 zeigt eine weitere Version eines Bohrhammers 10 mit Ventilsteuerung und mit regulierbarer Unterluft. Gleichartige Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszahlen wie bisher gekennzeichnet. Vorgesehen ist ebenfalls ein Zentralrohr 80, aber eine verrippte Zylinderbüchse 70 und ein Steuerventil 97 in einem mit dem Außenrohr 55 axial verschweißten Steuergehäuse-Mantel 60. Ist der Hammer 10 nicht an den Bohrlochgrund angedrückt, so liegt der Kolben 75 mit seiner Unterkante 79 auf der Pufferbüchse 85 auf. Sobald der Hammer 10 jedoch angedrückt wird, hebt die Bohrkrone 90 den Kolben 75 an. Wenn die obere Steuerkante 77 seiner Aussparung 76 die Bohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 überläuft, strömt Unterluft durch die Kanäle 78 in den geschlossenen Raum 94 unterhalb des Kolbens 75, der sich infolgedessen nach oben bewegt. Während des Rückhubes schiebt der Kolben 75 die darüber befindliche Luft durch die Auslaßbohrungen 81 des Zentralrohrs 80 aus. Sobald der Kolben 75 einerseits mit seiner Oberkante 74 die Oberkante der Auslaßbohrungen 81 und andererseits mit seiner Unterkante 79 die Radialbohrungen 83 überlaufen hat, wird dadurch der Raum 94 entlüftet, so daß das Ventil 97 umsteuert und die Schlagluft freigibt.
- In Fig.6 ist ein Steuerventil 97 (vom Typ Flapper Valve) in neutraler Stellung gezeichnet; es sind jedoch auch andere Steuerventile ohne weiteres verwendbar. Kippt das auf einer Zentralabstützung, einer Art Schneide 98, des Steuergehäuses 96 gelagerte Ventilplättchen nach rechts, so öffnet die linke Seite und die Luft kann durch (nicht dargestellte) Bohrungen, die im Steuergehäuse 96 angebracht sind, in die Kammer 62 des Zentralrohrs 80 und über Bohrungen 99 in den Raum zwischen der oberen Kante 74 des Kolbens 75 und der Unterkante 69 des Steuergehäuse-Mantels 60 strömen. Wenn sich der Kolben 75 nach unten bewegt, entspannt sich der Raum über dem Kolben, sobald seine Oberkante 74 die Oberkante der Auslaßbohrungen 81 im Zentralrohr 80 überläuft. Hat die Unterkante 77 des Kolbens 75 die Auslaßbohrungen 83 des Zentralrohrs 80 überlaufen und damit freigegeben, so kippt das Ventilplättchen nach links; es schließt die Schlagluftbohrungen und öffnet rechts die (nicht gezeichneten) Rückhubbohrungen im Steuergehäuse 96. Letztere münden in eine Sammelbohrung 100. Von dort gelangt die Luft in einen Einstich bzw. Ringraum 65 und durch Radialbohrungen 67 in die Ringkammer 68, die zwischen der Zylinderbüchse 70 und dem Außenrohr 55 ausgebildet ist. Schließlich strömt die Luft durch die Bohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 in die Aussparung 76 des Kolbens 75, so daß ein neuer Arbeitszyklus beginnt.
- Wichtig ist, daß die Steuerung des erfindungsgemäßen Bohrhammers über das Zentralrohr 80 unabhängig von der Schaftlänge des Kolbens 75 eine hohe Schlagzahl erlaubt, nämlich aufgrund des des großflächigen Angriffs der vollen Unterluftmenge an der Kolbenunterseite mit entsprechend rascher Aufwärtsbeschleunigung. Dies steht im positiven Gegensatz zu herkömmlichen Bohrhämmern, welche für die Unterluft - entweder mit einem Kolben ohne Bohrung oder einem solchen mit Bohrung, aber ohne Zentralrohr - nur einen verhältnismäßig eng begrenzten Ringraum zur Verfügung haben und eine hohe Einzelschlagwucht anstreben, was mit niedrigerer Arbeitsfrequenz einhergeht. Erfindungsgemäß kann die Unterluft so gesteuert werden, daß der Kolben 75 z.B. nach einem Drittel seines Rückhubes den Unterluft-Einlaß 72 verschließt. Durch das Abschalten der Unterluft findet bereits im (Brems-) Raum 94 ein Entspannungsprozess statt. Geht der Kolben 75 beim Schlaghub nach unten in diesen geschlossenen Raum 94, so wird infolgedessen wesentlich weniger Luft verdrängt, als bei einem über den gesamten Aufwärtsweg gefüllten Raum. Dadurch wird der Kolben 75 auch abwärts stärker beschleunigt, so daß er dank geringerer Abbremsung eine höhere Energie auf die Bohrkrone bringt.
- Eine Variante hierzu ist eine (nicht gezeichnete) massive Kolbenausführung ohne Axialbohrungen bzw. Ringnuten, wobei der Unterluft-Einlaß 72 so weit heruntergezogen ist, daß die bei angedrückter Bohrkrone 90 einströmende Luft unter den Kolben 75 greift.
- Fig. 8a bis 8c zeigen Bauformen, bei denen der auf dem Zentralrohr 80 geführte Kolben 75 in eine Pufferbüchse 85 eintaucht. Unabhängig von der Schaftlänge des Kolbens 75 wird die Unterluft über die Radialbohrungen 83 im Zentralrohr 80 gesteuert. (Hingegen muß bei herkömmlichen Konstruktionen ohne Zentralrohr der Kolbenschaft so lang sein, daß er über eine genügend große Strecke Unterluft bekommt.)
- Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Beispielsweise kann man zwecks kostengünstiger Fertigung eines Adapters 40 von hoher Festigkeit statt umfangsnahen Bohrungen einige Nuten außen am Gewinde 38 bis zur Höhe des Blasringes 50 führen. Fig. 7 zeigt eine modifizierte Zylinderbüchse 70, die mit einer Vielzahl von Außenrippen 101 versehen ist. Diese sind in Ringanordnungen 102 in Axialabständen p zueinanderversetzt so angeordnet, daß bei guter Abstützung an der Außenrohr-Innenwand ein großes Durchström-Volumen gewährleistet ist. Die einzelnen Ringanordnungen 102 sind bevorzugt zueinander auf Lücke gestellt, das heißt in Umfangsrichtung zueinander versetzt, vorzugsweise um halben Umfangsabstand w. Dieser beträgt ein Mehrfaches der Rippenbreite n, insbesondere das Zwei- bis Fünffache. Der Axialabstand p kann ungefähr der Rippenlänge m entsprechen, aber auch kürzer sein, so daß die Ringanordnungen 102 dichter aufeinander folgen.
- In weitgehender Entsprechung zu Fig. 6 stellt Fig. 8a den Mittelteil eines für den Aussetzbetrieb ausgebildeten Bohrhammers dar. Der Kolben 75 sitzt in der gezeichneten Ausblasstellung auf der Pufferbüchse 85 auf, verschließt den Unterluft-Einlaß 72 und hat oben Abstell- und Ausblasbohrungen 106 freigegeben.
- Ähnlich zeigen Fig. 8b und 8c - analog zu Fig. 4 und 6 - den Mittelteil eines dauernd schlagenden Bohrhammers, wobei in Fig. 8b die Bohrkrone 90 noch durchhängt, so daß das verlängerte und verdickte untere Ende 84 des Zentralrohrs 80 die Aufgleitbohrung 91 des Schaftes 87 verschließt. In dieser Position liefert der Bohrhammer-Oberteil (Fig. 4) eine reduzierte Luftmenge. Sie wird zweckmäßig so dosiert, daß der Kolben 75 abwärtsfahrend im geschlossenen Raum 94 selbst eine Pufferung erzeugt, die eine Berührung des Kolbens 75 mit der Pufferbüchse 85 und mit der Bohrkrone 90 verhindert. Die anstehende Unterluft treibt den Kolben 75 dann aufwärts (Fig. 8c); sobald er im Pufferraum 95 den Auslaß 81 verschließt, so entsteht die oszillierende Kolbenbewegung.
- Man erkennt, daß ein pneumatisch angetriebener Tieflochhammer erfindungsgemäß allgemein ein Außenrohr 55, einen Steuergehäuse-Mantel 60 samt Rückschlagventil 59 und ein radiale Durchlässe 81, 83 aufweisendes Zentralrohr 80 hat, auf dem ein Schlagkolben 75 gleitet. Der Kopf einer axialverschieblichen Bohrkrone 90 ist auf das untere, bevorzugt abgesetzte Zentralrohr-Ende 84 aufgleitbar. Eine den Kolben 75 führende gegebenenfalls gerippte Zylinderbüchse 70 und der Steuergehäuse-Mantel 60 sind mit dem Außenrohr 55 über einen Axialbereich (Schweißzone S, Länge ℓ ) umfangsverschweißt. Über dem Steuergehäuse sitzt ein Oberluft-Kanäle 42 aufweisender Adapter 40, der einen Blasring 50 mit aufwärtsgerichteten Düsen 53 trägt. Unterhalb der Anschlußkappe 11 ist eine antriebsübertragende Muffe 15 mit dem Adapter 40 direkt oder über ein Schiebestück 30 mit darin geführter Welle 20 verbunden. Deren unteres Ende 23 kann einen Steuerschieber gegenüber dem Adapter-Oberteil 41 bilden, von dem Durchlässe 42, 47 zu einer Steuergehäuse-Kammer 62 mit Kanälen 63 führen. Unterhalb eines Rohrkörpers 61 schließt zwischen dem Außenrohr 55 und der Zylinderbüchse 70 eine Ringkammer 68 an, deren freier Querschnitt wenigstens so groß ist wie die engste der Zentralbohrungen 12, 22, 32, 42/47, 62, 82, 92 in den Durchgangs-Bauteilen 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90. Bohrungen, Kanäle und Nuten 71, 72; 81, 83 in Zylinderbüchse 70 und Zentralrohr 80 wirken mit Aussparungen 76, 76' und Bohrungen 78, 78' des Kolbens 75 bewegungssteuernd zusammen.
- Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
- B
- Bohrloch
- D
- Außendurchmesser
- R
- Außenrillen
- S
- Schweißzone
- ℓ
- Axialbereich
- m
- Rippenlänge
- n
- Rippenbreite
- p
- Axialabstand
- w
- Umfangsabstand
- 10
- Bohrhammer
- 11
- Schraubkappe
- 12
- Durchlaß
- 13
- Gewinde(verbindung)
- 14
- Dichtungsring
- 15
- Muffe
- 16
- Schraubhülse
- 17
- Sechskant-Durchlaß
- 18
- Gewinde(verbindung)
- 19
- Kopf
- 20
- Welle
- 21
- Rippenprofil
- 22
- Durchlaß
- 23
- unteres Ende (von 20)
- 24
- unteres Ende (von 15)
- 25
- Gleitführung
- 26
- Bund
- 27
- Aufgleitöffnung
- 28,28',28''
- Durchlässe
- 29,29'
- Ringflächen
- 30
- Schiebestück
- 31
- Innenprofil (Gegenrippen)
- 32
- Übergangsraum
- 34
- Schulter
- 35
- Hals
- 36
- Anschlag
- 37
- Kragen
- 38
- Gewinde(verbindung)
- 39
- Distanzring
- 40
- Adapter
- 41
- Oberteil
- 42
- Durchlaß
- 43
- Oberluft-Kanäle
- 44
- Stutzen
- 45
- Unterteil
- 46
- Schulter
- 47
- Kammer
- 48
- Gewinde(verbindung)
- 49
- Ventilsitz
- 50
- Blasring
- 51
- Siebring
- 52
- Filterring
- 53
- Düsen(bohrung)
- 54
- Sockel
- 55
- Außenrohr
- 56
- Oberteil
- 57
- Absatz
- 58
- Ventilfeder
- 59
- Rückschlagventil
- 60
- Steuergehäuse-Mantel
- 61
- Rohrkörper
- 62
- Kammer
- 63
- Kanäle
- 64
- Radialbohrung
- 65
- Einstich/Ringraum
- 66
- Dichtungsring
- 67
- Radialbohrungen
- 68
- Ringkammer
- 69
- Bodenfläche
- 70
- Zylinderbüchse
- 71,72
- Radialbohrungen (72: Unterluft-Einlaß)
- 73
- unteres Ende (von 70)
- 74
- Kopffläche
- 75
- Kolben
- 76,76'
- Aussparungen/Ringnuten
- 77,77'
- Steuerkante(n)
- 78,78'
- Axialbohrungen
- 79
- Bodenfläche
- 80
- Zentralrohr
- 81
- Querbohrungen / Auslaß
- 82
- Zentralbohrung
- 83
- Radialbohrungen
- 84
- unteres Ende (von 80)
- 85
- Pufferbüchse
- 86
- Haltering
- 87
- Schaft
- 88
- Schulter
- 89
- Aufschlagfläche
- 90
- Bohrkrone
- 91
- Aufgleitbohrung
- 92
- Durchlaß
- 93
- Haltekappe
- 94
- (geschlossener) Raum
- 95
- Pufferraum
- 96
- Steuergehäuse
- 97
- Steuerventil
- 98
- Schneide/Zentralabstützung
- 99
- Bohrungen
- 100
- Sammelbohrungen
- 101
- Außenrippen
- 102
- Ringanordnung
- 103
- Ringverteiler
- 104
- Kanäle
- 105
- schmaler Endteil (von 75)
- 106
- Abstell- und Ausblasbohrung
- 107
- abgesetzter Abschnitt
Claims (22)
- Pneumatisch angetriebener Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer (10), mit einer oberen Kappe (11) zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit einem Außenrohr (55) und einem radiale Durchlässe (81, 83) aufweisenden Zentralrohr (80), dem ein Rückschlagventil (59) vorgeordnet und das mit einem Steuergehäuse-Mantel (60) fest verbunden ist, und mit einer am Außenrohr (55) unten axialverschieblich gehalterten Bohrkrone (90), deren Kopf auf das untere Ende (84) des Zentralrohrs (80) aufgleitbar ist, das darüber einen in einer Zylinderbüchse (70) geführten Schlagkolben (75) führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) und der Steuergehäuse-Mantel (60) mit dem Außenrohr (55) zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit fest verbunden sind.
- Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) mit ihrem unteren Ende (73) an einen Absatz (57) im Außenrohr (55) durchmessergleich anschließt und am Steuergehäuse-Mantel (60) konzentrisch festgelegt ist, z.B. durch Einpassung des unteren Endes eines Rohrkörpers (61).
- Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (55) mit dem Steuergehäuse-Mantel (60) oben bündig abschließend ohne Schweißzusätze umfangsverschweißt ist, insbesondere über einen Axialbereich (Schweißzone S, Länge ℓ) derart, daß die Länge (ℓ) der Schweißzone (S) zum Außendurchmesser (D) des Außenrohrs (55) im Verhältnis von 1:1,5 bis 1:1,8 steht.
- Bohrhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Außenrohr (55) durchmessergleiche Bauteile (11, 15, 30, 40, 93) Außenrillen (R) haben, namentlich das Außenrohr (55) selbst an seinem Oberteil (56) im Bereich der Schweißzone (S).
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) abschnittsweise zueinander versetzte Außenrippen (101) aufweist.
- Bohrhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrippen (101) achsparallel verlaufen und in gleichförmigen Ringanordnungen (102) so ausgebildet sind, daß ihr Umfangsabstand (w) zur benachbarten Außenrippe jeweils das Zwei- bis Fünffache, vorzugsweise das Dreifache der Rippenbreite (n) beträgt.
- Bohrhammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrippen (101) von axial aufeinanderfolgenden Ringanordnungen (102) zueinander auf Lücke stehen.
- Bohrhammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanordnungen (102) zueinander Axialabstände (p) von der Größenordnung der Rippenlänge (m) haben.
- Bohrhammer wenigstens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuergehäuse-Mantel (60) oben direkt mit der Kappe (11) oder mit einem Unterteil (45) eines Adapters (40) verschraubt ist, wobei sich die Gewindeverbindung (38) parallel zu der Schweißzone (S) im wesentlichen über deren Axiallänge (ℓ) oder darüber hinaus erstreckt.
- Bohrhammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (40) umfangsnahe Oberluft-Kanäle (43) aufweist, die auswärtsgerichtet an einem Siebring (51) münden, welcher von einem an einer Schulter (46) des Adapers (40) anliegenden Filterring (52) gefaßt ist.
- Bohrhammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterring (52) am Umfang aufwärtsgerichtete, insbesondere gleichmäßig verteilte Bohrungen, Düsen (53) o.dgl. aufweist, die schräg oder gekrümmt in einem oberen Außenbereich münden, wo der Filterring (52) verjüngt, vorzugsweise konisch einspringend gestaltet ist.
- Bohrhammer wenigstens nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Adapter (40) und der Anschlußkappe (11) eine antriebsübertragende Muffe (15) sitzt, deren Außendurchmesser gleich demjenigen (D) des Außenrohrs (55) ist und die mit dem Adapter (40) direkt (Fig. 3) oder über ein Schiebestück (30; Fig. 1, 2, 4) mit darin geführter Welle (20) antriebsverbunden ist.
- Bohrhammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebestück (30) eine höhenbegrenzte Gleitführung (25) für eine profilierte Welle (20) aufweist, indem ein in der Muffe (15) gleitbarer Hals (35) des Schiebestücks (30) ein zu einem Rippenprofil (21) der Welle (20) gegengleiches Innenprofil (31) hat, und daß ein Bund (26) der Welle (20) einem Anschlag (36) des Schiebestücks (30) gegenübersteht.
- Bohrhammer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlußkappe (11) und der Muffe (15) ein Ringverteiler (103) mit Kanälen (104) für Dauerblasluft angeordnet ist.
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (23) der Welle (20) eine Aufgleitöffnung (27) für einen Stutzen (44) am Oberteil (41) des Adapters (40) hat.
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) unten einen Steuerschieber (23) mit Durchlässen (28, 28', 28'') und einer Ringfläche (29, 29') aufweist, die mit einem Kragen (37) im Adapter-Oberteil (41) luftsteuernd zusammenwirkt, daß ein zentrischer Durchlaß (32) im Schiebestück (30) mit im wesentlichen achsparallelen Oberluft-Kanälen (43) des Adapter-Oberteils (41) strömungsverbunden ist und daß zumindest einige der Durchlässe (28', 28'') in einer oberen Stellung der Welle (20) mit den Oberluft-Kanälen (43) in Verbindung stehen.
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Adapter (40) ein Ventilsitz (49) für das am Steuergehäuse-Mantel (60) angeordnete Rückschlagventil (59) ausgebildet ist, welches samt zugehöriger Ventilfeder (58) an einem Sockel (54) gehaltert ist, der von dem Durchlaß (42) zu einer Steuergehäuse-Kammer (62) führende Kanäle (63) aufweist.
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (61) Radialbohrungen (64) aufweist, die durch einen Einstich oder Ringraum (65) miteinander und mit Steuergehäuse-Radialbohrungen (67) in Verbindung stehen, welche in eine Ringkammer (68) zwischen dem Außenrohr (55) und der Zylinderbüchse (70) münden.
- Bohrhammer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Ringkammer (68) wenigstens so groß ist wie die engste unter den Zentralbohrungen (12, 22, 32, 42/47, 62, 82, 92) in den Durchgangs-Bauteilen (11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90) des Bohrhammers (10).
- Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) und das Zentralrohr (80) einander zugeordnete, durch Bewegung des Kolbens (75) freigeb- bzw. verschließbare Quer- bzw. Radialbohrungen (71, 72; 81, 83) aufweisen.
- Bohrhammer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß von Aussparungen (76), Ringnuten o.dgl., die durch Steuerkanten (z.B. 77, 77') begrenzt sind, umfangsnahe Kanäle, Nuten, Axialbohrungen (78, 78') o.dgl. des Kolbens (75) ausgehen, welche an einer seiner Stirnflächen (74 bzw. 79) münden.
- Bohrhammer nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch solche Ausbildungen und Bemessungen der Bohrungen (71, 72; 81, 83), Aussparungen (76), Axialbohrungen (78, 78') usw., daß der Kolben (75) im Zusammenwirken mit dem Steuerventil (97) nach einem vorbestimmten Anteil, z.B. einem Drittel, des Rückhubes den Unterluft-Einlaß (72) (81) verschließt.
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