EP0906811A1 - Drill hammer - Google Patents
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- E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
- E21B6/06—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being intermittent, e.g. obtained by ratchet device
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- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/02—Automatic control of the tool feed
- E21B44/06—Automatic control of the tool feed in response to the flow or pressure of the motive fluid of the drive
Definitions
- a hammer drill according to the preamble of claim 1 is known from the US-A-5 415 240 is known.
- the turning mechanism of this hammer is made by driven a rotary motor.
- the striking mechanism is operated by a rotary valve controlled via a gear connection from the rotary motor is driven.
- This has the advantage that the beat frequency is proportional to the speed of the rotary motor and that that Hammer mechanism stops automatically if the drill steel gets stuck. This can save a lot of time and drilling equipment.
- This hammer drill has therefore proven itself very well. However, he did a somewhat complex construction.
- the present invention has for its object a To further develop hammer drills of the type mentioned at the outset, that it’s simpler while keeping the benefits of the above-mentioned hammer drill. This task is accomplished by the characterizing features of claim 1 solved.
- Figure 1 shows a hydraulic diagram for a hammer drill 9.
- Der Hammer drill 9 has a housing, not shown, in which a Adapter is reciprocally and rotatably mounted. On hers the adapter has a front end e.g. an external thread for connection of the drilling steel. The adapter is via a gear connection connected to a rotary motor 10. As far as corresponds the hammer of the representation of Figure 1 of US-PS-5 415 240, the is declared an integral part of this application.
- a striking mechanism 11 with a cylinder is coaxial with the adapter 12 guided pistons 13 and a piston rod 14 are arranged.
- the end face of the rod 14 strikes against the rear end of the adapter.
- the piston surface 15 on the rod side the supply pressure is constantly applied.
- the opposite Surface 16 is alternated via a hammer mechanism valve 17 with feed pressure from the feed line 18 and with the return pressure connected in the return line 19.
- Via pilot lines 20, 21, each in the cylinder space adjacent to an end position of the piston 13 open the valve spool of the valve 17 driven alternately in the two switch positions.
- On the feed line 18 and the return line 19 are each a pressure accumulator 22, 23 connected.
- the hammer 9 is connected to one via four pressure lines 30 to 33 Control station 34 connected.
- the control station 34 has separate connections 35, 36 for the adjustable feed pressure to the rotary motor 10 and to the striking mechanism 11.
- the return of the slewing gear and striking mechanism can be either a common or two separate connectors 37, 38 have.
- the rotary motor 10 is operated via a three-position four-way valve 39 controlled so that the motor 10 rotate in both directions of rotation can.
- One direction of rotation is used for drilling, the other for Unscrew the drill pipe.
- the line 30 with Pressure is applied.
- adjustable Throttle 40 installed and a parallel to it Check valve 41, which opens in the return direction. With The flow rate for the two can be set in the restrictors 40 Set directions of rotation separately.
- Another adjustable throttle 42 is used in connection 37.
- the feed pressure to the striking mechanism 11 is operated manually Two-position valve 46 controlled.
- a pilot-controlled two-way valve 47 In series with this valve 46 is a pilot-controlled two-way valve 47 and in parallel for this purpose, a manually controlled two-way valve 48 is switched.
- the Valve 47 can either be a switching valve (open-close valve) or, as shown, be a experimental valve.
- the pilot print for Valve 47 is the return pressure of the slewing gear between the valve 39 and the throttle 42.
- the hammer drill 9 described works as follows: Im Normal operation is the slide of the valve 39 in the lower one Position so that the feed pressure at the throttle 40 in the line 30 is pending and the line 31 connected to the return 37 is.
- the valve 46 is switched on. While running Engine 10 results in a dynamic pressure upstream of throttle 42, so that the valve 47 is also switched on and the striking mechanism 11 running. If the drill pipe should get stuck in the rock, The engine 10 stops. The pilot pressure also drops immediately Valve 47 off, so that it switches off and the striking mechanism 11 stops.
- the hammer drill is opened withdrawn his gun carriage.
- the valve 39 is switched off.
- the hammer mechanism can be activated by switching on the valve 48 be turned on despite the engine 10 stopped, so that Hammer vibrates. If that often screwed together from several rods If the drill pipe is to be dismantled, the The rearmost boring bar is extended from the borehole and the drill pipe on the sleeve to the second rear boring bar with one Clamping device clamped. Now the valve 39 is in its upper Position switched so that a torque on the adapter in the releasing Senses. If the threaded connection is stuck, it can the hammer mechanism 11 again by switching on the valves 46, 48 switched on and the threaded connection vibrated.
- the hammer described is very versatile in use, because the striking mechanism and the boring machine operated independently of each other can still be the hammer mechanism when drilling stops immediately if the slewing gear does not turn. With that the time-consuming and sometimes impossible disassembly of a hammered, jammed drill pipe avoided.
- the throttle 42 can do so be set so that the valve 47 switches off before the engine 10 has come to a complete standstill. This is from Advantage, because it makes the drill pipe stick even more securely is avoided. If the valve 47 as a proportional valve trained, can also be achieved that the Beat frequency increases with increasing speed of the motor 10.
- the Ratio between speed and stroke frequency can with the Throttle 42 can be set, which for several types of rock Advantage is.
- the hammer drill according to the invention is essential more simply constructed than the one mentioned at the beginning. That is why his External dimensions smaller, which is due to the limited space in tunneling or on superstructures of milling machines an advantage is.
- the hammer mechanism valve 17 can, for example, laterally be installed so that the hammer drill 9 closer to the carriage can be assembled. This will make the drilling feed occurring moments smaller.
- the circuit described is suitable not only for hydraulic but also for pneumatic drives.
- valves especially those outside the Hammer 9
- the actuation of the valves, especially those outside the Hammer 9 can alternatively to the type shown hydraulically, pneumatically, electrically or by hand.
- Um with the right rotation, that means when loosening the thread of the drill pipe, that is, if at port A7 of valve 39 the Feed pressure is pending, to be able to operate the striking mechanism is the Connection 56 of the motor 55 additionally via an orifice 58 manual switching valve 59 and a check valve 60 with the Line 30 connected. So if a torque on the rotary motor 10 is in the loosening sense without turning, that is with tight thread, the thread can be switched on manually of the striking mechanism 11 can be shaken off. If with that Rotary hammer 9 is to be drilled in the clockwise sense, what For example, in Australia, the two connections swapped to the rotary motor 10.
- the embodiment of Figure 3 is constructed similarly to that according to FIG. 2.
- the elements 52 to 56 and 58 to 60 installed in the hammer drill 9.
- the valve 59 is not manually controlled, but via a pilot line 63 from one hand-operated valve 64 pilot operated.
- the stroke engine 55 drives the hammer mechanism valve 17 directly, so it is in this case a hammer mechanism valve motor.
- the mode of action is analogous to that the embodiment of Figure 2.
Abstract
Description
Ein Bohrhammer gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
US-A-5 415 240 bekannt. Das Drehwerk dieses Hammers wird durch
einen Drehmotor angetrieben. Das Schlagwerk wird von einem Drehventil
gesteuert, das über eine Getriebeverbindung vom Drehmotor
angetrieben ist. Dies hat den Vorteil, dass die Schlagfrequenz
proportional zur Drehzahl des Drehmotors ist und dass das
Schlagwerk automatisch stoppt, wenn der Bohrstahl steckenbleibt.
Dadurch kann erheblich Zeit und Bohrausrüstung eingespart werden.
Dieser Bohrhammer hat sich deshalb sehr bewährt. Er hat allerdings
eine etwas aufwendige Bauweise.A hammer drill according to the preamble of
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Bohrhammer der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
dass er einfacher aufgebaut ist unter Beibehaltung der Vorteile
des oben erwähnten Bohrhammers. Diese Aufgabe wird durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The present invention has for its object a
To further develop hammer drills of the type mentioned at the outset,
that it’s simpler while keeping the benefits
of the above-mentioned hammer drill. This task is accomplished by the
characterizing features of
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 zeigt ein Hydraulikschema für einen Bohrhammer 9. Der
Bohrhammer 9 hat ein nicht dargestelltes Gehäuse, in welchem ein
Adapter hin- und herbeweglich und rotierbar gelagert ist. An ihrem
vorderen Ende hat der Adapter z.B. ein Aussengewinde zum An-schliessen
des Bohrstahls. Der Adapter ist über eine Getriebeverbindung
mit einem Drehmotor 10 verbunden. Soweit entspricht
der Hammer der Darstellung nach Figur 1 der US-PS-5 415 240, die
zum integrierenden Bestandteil dieser Anmeldung erklärt wird.Figure 1 shows a hydraulic diagram for a
Koaxial zum Adapter ist ein Schlagwerk 11 mit einem in einem Zylinder
12 geführten Kolben 13 und einer Kolbenstange 14 angeordnet.
Im Betrieb schlägt die Stirnfläche der Stange 14 gegen das
hintere Ende des Adapters. Die stangenseitige Kolbenfläche 15
ist konstant mit dem Speisedruck beaufschlagt. Die gegenüberliegende
Fläche 16 wird über ein Schlagwerkventil 17 abwechselnd
mit Speisedruck aus der Speiseleitung 18 und mit dem Rücklaufdruck
in der Rücklaufleitung 19 verbunden. Über Pilotleitungen
20, 21, die in den Zylinderraum benachbart jeweils einer Endstellung
des Kolbens 13 münden, wird der Ventilschieber des Ventils
17 abwechselnd in die beiden Schaltstellungen getrieben. An
die Speiseleitung 18 und die Rückleitung 19 ist je ein Druckspeicher
22, 23 angeschlossen. Diese ermöglichen eine hohe Kapazität
des Schlagwerks 11.A
Der Hammer 9 ist über vier Druckleitungen 30 bis 33 mit einem
Steuerstand 34 verbunden. Der Steuerstand 34 hat separate Anschlüsse
35, 36 für den einstellbaren Speisedruck zum Drehmotor
10 und zum Schlagwerk 11. Der Rücklauf von Drehwerk und Schlagwerk
kann entweder einen gemeinsamen oder zwei separate Anschlüsse
37, 38 haben.The
Der Drehmotor 10 wird über ein Dreistellungs-Vierwegeventil 39
gesteuert, so dass der Motor 10 in beiden Drehrichtungen drehen
kann. Die eine Drehrichtung dient zum Bohren, die andere zum
Losschrauben des Bohrgestänges. In den meisten Ländern wird
linksdrehend gebohrt, so dass beim Bohren die Leitung 30 mit
Druck beaufschlagt ist. In die Leitungen 30, 31 ist je eine einstellbare
Drossel 40 eingebaut sowie ein dazu parallel geschaltetes
Rückschlagventil 41, das in Rücklaufrichtung öffnet. Mit
den Drosseln 40 lässt sich die Durchflussmenge für die beiden
Drehrichtungen separat einstellen. Im Rücklauf vom Ventil 39 zum
Anschluss 37 ist eine weitere, einstellbare Drossel 42 eingesetzt.The
Der Speisedruck zum Schlagwerk 11 wird über ein manuell bedientes
Zweistellungs-Ventil 46 gesteuert. In Serie zu diesem Ventil
46 ist ein pilotgestellgesteuertes Zweiweg-Ventil 47 sowie parallel
dazu ein handgesteuertes Zweiweg-Ventil 48 geschaltet. Das
Ventil 47 kann entweder ein Schaltventil (Auf-Zu-Ventil) oder,
wie dargestellt, ein Propotionalventil sein. Der Pilotdruck zum
Ventil 47 ist der Rücklaufdruck des Drehwerks zwischen dem Ventil
39 und der Drossel 42.The feed pressure to the
Im Betrieb arbeitet der beschriebene Bohrhammer 9 wie folgt: Im
Normalbetrieb ist der Schieber des Ventils 39 in der unteren
Stellung, so dass der Speisedruck an der Drossel 40 in der Leitung
30 ansteht und die Leitung 31 an den Rücklauf 37 angeschlossen
ist. Das Ventil 46 ist eingeschaltet. Bei laufendem
Motor 10 ergibt sich ein Staudruck vor der Drossel 42, so dass
auch das Ventil 47 eingeschaltet ist und das Schlagwerk 11
läuft. Falls nun das Bohrgestänge im Gestein festsitzen sollte,
stoppt der Motor 10. Damit fällt sofort auch der Pilotdruck zum
Ventil 47 ab, so dass dieses ausschaltet und das Schlagwerk 11
stoppt. Um das Bohrgestänge zu lösen, wird der Bohrhammer auf
seiner Lafette zurückgezogen. Das Ventil 39 wird ausgeschaltet.
Falls erforderlich kann das Schlagwerk durch Zuschalten des Ventils
48 trotz stehendem Motor 10 eingeschaltet werden, damit der
Hammer vibriert. Wenn das oft aus mehreren Stangen muffenverschraubte
Bohrgestänge demontiert werden soll, wird zunächst die
hinterste Bohrstange aus dem Bohrloch ausgefahren und das Bohrgestänge
an der Muffe zur zweithintersten Bohrstange mit einer
Klemmvorrichtung geklemmt. Nun wird das Ventil 39 in seine obere
Stellung geschaltet, so dass ein Drehmoment am Adapter im lösenden
Sinne ansteht. Sollte die Gewindeverbindung festsitzen, kann
wiederum durch Einschalten der Ventile 46, 48 das Schlagwerk 11
eingeschaltet und die Gewindeverbindung losvibriert werden.In operation, the
Der beschriebene Hammer ist sehr vielseitig in der Anwendung,
weil das Schlagwerk und das Bohrwerk unabhängig voneinander betrieben
werden können und trotzdem beim Bohren das Schlagwerk
sofort stoppt, wenn das Drehwerk nicht dreht. Damit wird die
aufwendige und manchmal unmögliche Demontage eines festgehämmerten,
verklemmten Bohrgestänges vermieden. Die Drossel 42 kann so
eingestellt werden, dass das Ventil 47 schon abschaltet, bevor
der Motor 10 völlig zum Stillstand gekommen ist. Dies ist von
Vorteil, weil dadurch ein Festsitzen des Bohrgestänges noch sicherer
vermieden wird. Wenn das Ventil 47 als Proportionalventil
ausgebildet ist, kann ausserdem erreicht werden, dass die
Schlagfrequenz mit wachsender Drehzahl des Motors 10 steigt. Das
Verhältnis zwischen Drehzahl und Schlagfrequenz kann mit der
Drossel 42 eingestellt werden, was für mehrere Gesteinsarten ein
Vorteil ist. Der erfindungsgemässe Bohrhammer ist wesentlich
einfacher aufgebaut als der eingangs genannte. Deshalb sind seine
Aussenabmessungen geringer, was bei den engen Platzverhältnissen
in Vortriebsstollen resp. auf Aufbauten von Fräsmaschinen
ein Vorteil ist. Das Schlagwerkventil 17 kann zum Beispiel seitlich
angebaut werden, so dass der Bohrhammer 9 näher an der Lafette
montiert werden kann. Dadurch werden die beim Bohrvorschub
auftretenden Momente kleiner. Die beschriebene Schaltung eignet
sich ausser für hydraulische auch für pneumatische Antriebe. The hammer described is very versatile in use,
because the striking mechanism and the boring machine operated independently of each other
can still be the hammer mechanism when drilling
stops immediately if the slewing gear does not turn. With that the
time-consuming and sometimes impossible disassembly of a hammered,
jammed drill pipe avoided. The
Die Betätigung der Ventile, insbesondere jener ausserhalb des Bohrhammers 9, kann alternativ zur dargestellten Art hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder von Hand erfolgen.The actuation of the valves, especially those outside the Hammer 9, can alternatively to the type shown hydraulically, pneumatically, electrically or by hand.
Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich eine detaillierte Beschreibung dieser Teile erübrigt.In the following exemplary embodiments, analog parts are used provided with the same reference numerals, so that a detailed No need to describe these parts.
Bei der Ausführungform nach Figur 2 sind an die beim Bohren als
Rückleitung dienenden Leitungen 31 zwei einstellbare Drosseln
52, 53 angeschlossen. Die Drossel 52 ist mit dem Anschluss A7
des Ventils 39 verbunden, der beim Bohren mit dem Rücklaufanschluss
37 verbunden ist. Die andere Drossel 53 ist über ein
einstellbares Überdruckventil 54 mit dem einen Anschluss 56 eines
volumetrischen Taktermotors 55 verbunden, dessen anderer Anschluss
ebenfalls an den Anschluss A7 angeschlossen ist. Der
Taktermotor 55 treibt ein Dreiwege-Takterventil 57, das an die
Anschlüsse 36, 38 für das Schlagwerk 11 angeschlossen ist. Der
Ausgang des Ventils 57 ist mit der Pilotleitung 21 verbunden.In the embodiment according to FIG. 2, when drilling as
Return
Beim Bohren wird der Rücklaufstrom in der Leitung 31 durch die
Drosseln 52, 53 in zwei Teilströme aufgeteilt, von welchen der
eine den Motor 55 treibt. Dadurch schaltet das Ventil 17 mit einer
Frequenz proportional zur Drehzahl des Motors 10 hin und
her, wobei das Verhältnis der Drehzahl zur Schlagfrequenz mit
den Drosseln 52, 53 einstellbar ist. Sinkt die Drehzahl stark
ab, so sinkt auch der Druck stromaufwärts der Drosseln 52, 53
und deshalb auch stromabwärts der Drossel 53. Bei einer am Ventil
54 einstellbaren Minimaldrehzahl schliesst dieses, so dass
der Motor 55 stoppt und das Schlagwerk stillsteht, bevor der Motor
10 ganz gestoppt ist. Dadurch wird das Festklemmen der Bohrkrone
oder des Bohrgestänges in den meisten Fällen vermieden.When drilling the return flow in
Um bei der Rechtsrotation, das heisst beim Lösen des Gewindes
des Bohrgestänges, also wenn am Anschluss A7 des Ventils 39 der
Speisedruck ansteht, das Schlagwerk betätigen zu können, ist der
Anschluss 56 des Motors 55 zusätzlich über eine Blende 58, ein
manuelles Schaltventil 59 sowie ein Rückschlagventil 60 mit der
Leitung 30 verbunden. Wenn also am Drehmotor 10 ein Drehmoment
im lösenden Sinne ansteht, ohne dass er dreht, das heisst bei
festsitzendem Gewinde, kann das Gewinde durch manuelles Einschalten
des Schlagwerks 11 losgerüttelt werden. Falls mit dem
Bohrhammer 9 im rechtsdrehenden Sinn gebohrt werden soll, was
zum Beispiel in Australien der Fall ist, werden die beiden Anschlüsse
an den Drehmotor 10 vertauscht.Um with the right rotation, that means when loosening the thread
of the drill pipe, that is, if at port A7 of
Die Ausführungsform nach Figur 3 ist ähnlich aufgebaut wie jene
nach Figur 2. Im Unterschied zu dieser sind die Elemente 52 bis
56 und 58 bis 60 im Bohrhammer 9 eingebaut. Das Ventil 59 ist
nicht handgesteuert, sondern über eine Pilotleitung 63 von einem
handgesteuerten Ventil 64 pilotgesteuert. Der Taktermotor 55
treibt direkt das Schlagwerkventil 17, ist also in diesem Fall
ein Schlagwerk-Ventilmotor. Die Wirkungsweise ist analog zu jener
der Ausführungsform nach Figur 2.The embodiment of Figure 3 is constructed similarly to that
according to FIG. 2. In contrast to this, the
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