EP2361731A2 - Schlagdrehbohrvorrichtung und Verfahren zum Betrieb - Google Patents

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EP2361731A2
EP2361731A2 EP20100016178 EP10016178A EP2361731A2 EP 2361731 A2 EP2361731 A2 EP 2361731A2 EP 20100016178 EP20100016178 EP 20100016178 EP 10016178 A EP10016178 A EP 10016178A EP 2361731 A2 EP2361731 A2 EP 2361731A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
pressure source
percussion piston
rotary
pressure chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20100016178
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Pikowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eurodrill GmbH
Original Assignee
Eurodrill GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eurodrill GmbH filed Critical Eurodrill GmbH
Publication of EP2361731A2 publication Critical patent/EP2361731A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D9/00—Portable percussive tools with fluid-pressure drive, i.e. driven directly by fluids, e.g. having several percussive tool bits operated simultaneously
    • B25D9/14—Control devices for the reciprocating piston
    • B25D9/16—Valve arrangements therefor
    • B25D9/18—Valve arrangements therefor involving a piston-type slide valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2216/00—Details of portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B25D2216/0007—Details of percussion or rotation modes
    • B25D2216/0023—Tools having a percussion-and-rotation mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2216/00—Details of portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B25D2216/0007—Details of percussion or rotation modes
    • B25D2216/0038—Tools having a rotation-only mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/125—Hydraulic tool components

Definitions

  • the invention relates to a Schlagdusbohrvortechnisch according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for operating a Schlagwindbohrvortechnisch according to the preamble of claim 11.
  • the impact rotary drilling apparatus has a rotary drive for rotationally driving a tool insertion end and a percussion mechanism with a percussion piston which reverses in a housing between a first pressure chamber which is bounded by a return stroke of the percussion piston, and a second pressure chamber which is bounded by a working stroke of the percussion piston is movably mounted on.
  • the Schlagdusbohrvoriques further comprises a controlled pressure fluid supply means with which a supply of a pressurized fluid from a first pressure source on the one hand to the first pressure chamber and the second pressure chamber is variably controllable, wherein a reversing movement of the percussion piston with a working stroke in the direction of the tool insertion end and a return stroke can be generated in the opposite direction.
  • Such Schlagpunbohrvortechnisch is for example from the DE 0 473 968 B1 known.
  • Impact rotary drilling devices are used in particular in the civil engineering for the creation of Erdbohrungen or for introducing piles, anchors or the like in the ground.
  • the drilling progress can be significantly increased by the striking action of the tool insertion end. This reduces the time required to make a hole, minimizing overall drilling costs.
  • the rotary drive such Schlagfitbohrvorraumen can usually - depending on the working conditions - operated alone or together with the percussion become.
  • Known lifting devices include mechanical components that make the system expensive and prone.
  • the invention has the object of providing a Schlagdusbohrvorraum, which is further reduced wear of the percussion piston and particularly economical to manufacture and operate.
  • the invention is also based on the object to provide a corresponding method for operating a Schlagdusbohrvorraum.
  • the Schlagdusbohrvorraum invention is characterized in that an adjusting element is provided which is adjustable between a stroke operating position and a rotational operating position. It is provided that in the rotary operating position for spacing the percussion piston from the tool insertion end, the first pressure chamber with the return stroke surface with a second pressure source is line connected.
  • a first aspect of the invention is to provide a percussion mode of operation and a rotary mode of operation of the percussion rotary type apparatus.
  • the percussion mode is turned on the percussion, usually also in addition, the rotary drive is turned on.
  • the rotary operating mode only the rotary drive is in operation while the hammer mechanism is switched off.
  • Another basic idea of the invention is to provide a purely hydraulic device for lifting the Schlagkobens, which can be used for example in a hydraulically operated percussion hammer.
  • a purely hydraulic device for lifting the Schlagkobens which can be used for example in a hydraulically operated percussion hammer.
  • the percussion piston is brought into a return stroke position during the turning operation purely hydraulically - without mechanical components - and held therein. During turning operation wear of the percussion piston is thus practically impossible.
  • the device is compared to known lifting devices cheaper to manufacture and less prone to operation.
  • a first aspect of the invention may be seen to provide the first pressure chamber in the impact mode of operation from a first pressure source with a pressurized fluid, whereby the return stroke of the percussion piston is acted upon by the pressurized fluid and the percussion piston is pressed in the direction of remindhub too.
  • the first pressure chamber is connected to a second pressure source, so that the return stroke surface of the percussion piston is pressurized via a second pressure source.
  • the percussion piston Since no pressure is applied to the working lifting surface in the rotary operating mode, the percussion piston is pressed into the return stroke position by the pressure applied to the return stroke surface. In this return stroke, the percussion piston is lifted from the tool insertion end, so that no contact between the percussion piston and tool insertion is given.
  • the second pressure source is a pressure source for operating the rotary drive.
  • an already existing pressure source can be used for spacing the impact head from the tool insertion end and the provision of further pressure sources is not required.
  • the pressure source for operating the rotary drive in rotary operation mode is already in operation.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the first pressure chamber is conductively connected to the first pressure source and to the second pressure source and that a pressure line between the first pressure chamber and the first pressure source and a pressure line between the first pressure chamber and the second pressure source by the actuating element, in particular alternately, can be closed.
  • a pressurization of the first pressure chamber, in particular selectively, by the first and the second pressure source allows in a simple manner.
  • the return stroke of the percussion piston is therefore conductively connected to both the first and the second pressure source and acted upon by both pressure sources, in particular alternately, with a pressurized fluid.
  • the pressure line between the first pressure chamber and the second pressure source is closed and vice versa.
  • a closure of the pressure line between the first pressure chamber and the first pressure source is effected.
  • a particularly suitable structural embodiment is that the adjusting element is designed as a control slide, which can be pressurized by the first pressure source and the second pressure source, and that the control element is automatically adjustable in the rotational operating position at drop in pressure of the first pressure source. It is therefore not necessary to actively adjust the control element when switching to the pure rotary operating mode in the rotary operating position. Rather, the adjustment is done automatically by the drop in pressure of the first pressure source.
  • the actuating element has at least two control surfaces, wherein a first control surface with the second pressure source and a second control surface with the first pressure source is conductively connected.
  • the actuator itself is controlled by the two pressure sources.
  • the actuating element is pressed in the direction of the impact operating position and by acting on the second control surface in the direction of the rotary operating position.
  • the first control surface is larger than the second control surface, so that at the same applied pressure from both pressure sources, the actuator is arranged in the impact mode in the impact mode.
  • the actuating element has a third control surface, which is conductively connected to a pressureless environment or a non-pressurized tank.
  • a depressurized state on the one hand, a state at normal ambient pressure, ie in particular about 1.013 bar (abs) can be understood.
  • some tanks can also be prestressed, with the return line used having a dynamic pressure of approximately 1-5 bar.
  • the third control surface serves, in particular, to provide differently sized first and second control surfaces.
  • the adjusting element can be arranged separately from the housing of the striking mechanism. According to the invention, however, it is preferred that the adjusting element is integrated in the housing.
  • the arrangement in the housing results in a compact construction and allows short line connections to the first and second pressure chamber.
  • a further preferred embodiment of the invention is given by the fact that the working stroke of the percussion piston is greater than the return stroke.
  • This embodiment allows operation of the hammer mechanism in which the smaller return stroke is permanently pressurized, while the larger working stroke surface is subjected to intermittent pressure.
  • the working stroke of the percussion piston is depressurized to perform a return stroke, so that the percussion piston is displaced in the opposite direction under the action of the restoring force.
  • the working stroke surface by means of the pressure fluid supply means alternately pressurizable and depressurized switchable.
  • This can be achieved by means of the controlled discharge fluid supply device which, in a manner known per se, has a control slide and a line system via which the first pressure source can be line-connected and disconnected at intervals with the second pressure chamber.
  • the Schlagdusbohrvorraum has a percussion piston, which is mounted reversibly movable in a housing between a first pressure chamber, which is bounded by a return stroke of the percussion piston, and a second pressure chamber, which is bounded by a working stroke of the percussion piston , A tool insertion end is driven in rotation by means of a rotary drive.
  • a supply of a pressure fluid from a first pressure source on the one hand to the first pressure chamber and on the other hand to the second pressure chamber is variably controlled, wherein a reversing movement of the percussion piston is produced with a working stroke in the direction of the tool insertion end and a return stroke in the opposite direction.
  • a variably controlled supply of the pressurized fluid on the one hand to the first pressure chamber and on the other hand to the second pressure chamber is to be understood in particular a supply of the pressure fluid to the two pressure chambers, wherein at least the supply to one of the two pressure chambers is controllable such that alternately connect the corresponding pressure chamber the first pressure source is produced and interrupted.
  • the other pressure chamber may be permanently connected to the pressure source.
  • the working surface is alternately pressurized by the actuator and depressurized.
  • the actuator is controlled.
  • the percussion piston In a lower end position, the percussion piston hits the tool insertion end. Due to the impact of the percussion piston on an impact surface of the tool insertion end, the kinetic energy of the percussion piston is transferred as striking energy to the tool insertion end. At an opposite end of the tool insertion end 3, the impact energy is delivered to a drilling tool, for example via a drill rod.
  • the inventive method is characterized in that an adjusting element is set in a rotational operating position, wherein in the rotational operating position, the first pressure chamber with the return stroke surface is conductively connected to a second pressure source and the percussion piston is spaced from the tool insertion end.
  • FIGS. 1 and 2 is a Schlagdusbohrvorraum invention 1 schematically shown in the form of a percussion hammer.
  • the Schlagnbohrvorraum 1 has a rotary drive 10 and a striking mechanism 20.
  • Fig. 1 shows the impact rotary drilling apparatus 1 in a hitting operation mode in which the striking mechanism 20 is turned on.
  • Fig. 2 shows the Schlagnbohrvorides 1 in a rotary operating mode in which only the rotary drive 10 is turned on and the hammer mechanism 20 is turned off.
  • the rotary drive 10 By means of the rotary drive 10, a tool insertion end 3 can be set in rotation.
  • the rotary drive 10 has a hydraulic motor 12. A torque of the hydraulic motor 12 is transmitted to the tool insertion end 3 via at least one pinion 14.
  • a second pressure source is provided, with which a hydraulic fluid can be supplied depending on the direction of rotation of the motor in the direction of arrow 16 or 17.
  • the percussion mechanism 20 has a percussion piston 22 which can be accelerated alternately, in particular up and down, via a return lift surface 24 and a working lifting surface 26.
  • the striking mechanism 20 can be operated by means of a first pressure source, via which the hydraulic fluid can be supplied in the direction of the arrow 18.
  • the first and the second pressure source may, for example, have a hydraulic pump.
  • the percussion piston 22 is mounted axially displaceably in a cylindrical percussion piston chamber 41 of a housing 40 between a return stroke position and a working stroke position. In the return stroke position, the percussion piston 22 is displaced in the direction opposite to the tool insertion end 3 and can in particular be lifted off the tool insertion end 3.
  • the return stroke position of the percussion piston 22 can also be referred to as a raised position. During the working stroke of the percussion piston 22, however, moved in the direction of the tool insertion end 3 to the so-called impact point.
  • a first pressure chamber 42 is formed which is bounded by the return stroke surface 24.
  • the first pressure chamber 42 is about a first smaller diameter axial region of the Impact piston 22 is formed.
  • the return stroke surface simultaneously forms a first control edge 36.
  • a second pressure chamber 44 is provided, which is bounded by the working surface 26.
  • the second pressure chamber 44 is formed around a second smaller diameter axial region of the percussion piston 22.
  • a switching chamber 43 is provided, which is bounded by two equal sized annular surfaces of Schlagkobens.
  • the switching chamber is formed around a third smaller diameter axial region of the percussion piston 22.
  • the tool insert end 3 facing annular surface forms a second control edge 38th
  • a control slide 52 for controlling the direction of movement of the percussion piston 22 is further arranged.
  • the spool 52 is axially displaceably mounted in a first cylinder chamber 51 of the housing 40 and has an axial through-hole 54 and at least one transverse bore 56 which extends radially from the axial through-hole 54.
  • On an outer circumferential surface of the spool 52 a circumferential circumferential groove 58 is formed.
  • the spool 52 has at least one axial switching surface 60 which is formed on a larger diameter axial portion of the spool 52.
  • a relief surface 62 is connected via a first relief line 28 to a pressureless environment or a non-pressurized tank.
  • a longitudinal axis 53 of the control slide 52 is parallel to a longitudinal axis 23 of the percussion piston 22 in this embodiment.
  • a first pressure line 30 is arranged between the first cylinder chamber 51 and the first pressure chamber 42 and connects the first pressure source via the through-bore 54 of the spool 52 to the first pressure chamber 42.
  • the first pressure line 30 may be formed as a bore in the housing 40.
  • pressurized hydraulic fluid for example an oil
  • first pressure line 30 By means of the first pressure source, pressurized hydraulic fluid, for example an oil, can be supplied via the first pressure line 30 to the first pressure chamber 42 become.
  • the return stroke surface 24 can be acted upon, so that a return stroke force can be exerted on the percussion piston 22 in the direction of the return stroke position of the percussion piston 22.
  • a second pressure line 31 is arranged between the first cylinder chamber 51 and the second pressure chamber 44 and connects the first pressure source via the transverse bore 56 of the spool 52 with the second pressure chamber 44.
  • the second pressure line 31 may also be formed as a bore in the housing 40.
  • First and second pressure lines 30, 31 may also be referred to as first and second oil passages.
  • the percussion mechanism 20 further has a return line 32, which opens on the one hand between the first pressure chamber 42 and second pressure chamber 44 in the percussion piston chamber 41 and on the other hand to a non-pressure environment or a non-pressurized tank (arrow 19) is connected.
  • a switching line 33 is provided, which connects the percussion piston chamber 41 with the switching surface 60 of the spool 52.
  • the impact rotary drilling device 1 has an actuating element 70.
  • the actuator 70 is disposed in the housing 40 of the percussion mechanism 20 and may also be referred to as a second control slide. In principle, it is possible deviating from the illustrated embodiment, the actuator 70 externally, ie outside the housing 40 to arrange.
  • the actuator 70 is mounted longitudinally displaceable in a second cylinder chamber 69 in the housing 40.
  • the second cylinder chamber 69 is conductively connected to both the first pressure source, the second pressure source and the first pressure chamber 42.
  • the adjusting element 70 has at least one closing region 80, with which the first pressure line 30 can be closed between the first pressure chamber 42 and the first pressure source.
  • the actuator 70 further includes a first opening portion 82 having a smaller diameter than the closing portion 80 to open the first pressure line 30.
  • a second opening area 84 is provided, which likewise has a smaller diameter With the second opening portion 84, a connection between the second pressure source and the first pressure chamber 42 can be opened.
  • an axial region 86 is provided, which can be designated as a guide region for guiding the adjusting element in the second cylinder chamber 69.
  • the control element 70 also has three control surfaces 72, 74, 76.
  • a first control surface 72 is connected to the second pressure source and presses the actuator 70 under pressure loading in the direction of the rotational operating position.
  • a second control surface 74 is conductively connected to the first pressure source and urges the actuator 70 toward the impact mode position.
  • the second control surface 74 is connected via a side channel 34 to the first pressure source, in particular via the first pressure line.
  • a third control surface 76 is connected via a second relief line 29 to a non-pressurized tank.
  • the actuator 70 is a substantially rotationally symmetrical body having a longitudinal axis 71 which is aligned transversely to a longitudinal axis of the first pressure channel.
  • the control element 70 designed as a second control slide is introduced into the first pressure line 30 in order to close and open a connection between the first pressure chamber 42 and the first pressure source. At the same time can be connected to the second pressure source and separated by the actuator 70, the first pressure chamber 42.
  • the second pressure source simultaneously serves to drive the hydraulic motor 12 of the rotary drive 10.
  • the actuator 70 is actuated by the first and second control surfaces 72, 74, wherein, as shown above, the third control surface 76 is depressurized.
  • the actuator 70 is also supplied via the side channel 34 with the working pressure provided by the first pressure source for operation of the percussion mechanism. Since the second control surface 74 is larger than the first control surface 72, the actuating element 70 is always arranged in the impact operating position, even if a pressure is applied to both control surfaces 72, 74.
  • the difference in size of the two control surfaces 72, 74 is dimensioned such that even with significantly greater pressure on the first control surface 72, the actuator 70 is disposed in the impact mode position.
  • a plurality of annular sealing elements 46 are provided in the housing 40.
  • Fig. 1 shows the impact rotary drilling apparatus 1 in the impact operation mode.
  • the percussion piston 22 is shown at the impact point.
  • the spool 52 is in the first axial end position.
  • the second pressure line 31 is line-connected via the circumferential groove 58 in the spool 52 to the return line 32 and thus connected without pressure.
  • the transverse bore 56 is further axially displaced so that the connection of the second pressure line 31 is closed to the first pressure source.
  • the second pressure chamber 44 is thus relieved of pressure and at the working stroke surface 26 of the percussion piston 22 is no pressure.
  • the first pressure chamber 42 of the percussion piston 22 is in contrast connected via the through-bore 54 of the spool 52 with the first pressure source, so that via the pressure fluid, a force is exerted on the return stroke 24, which presses the percussion piston 22 in the direction of remindhub too.
  • Return stroke surface 24 and first pressure chamber 42 are thus connected to the first pressure source and the return stroke surface 24 is pressure-loaded.
  • the percussion piston 22 moves under the action of the pressurization of the return surface 24, starting from the in Fig. 1 illustrated impact point up in the return stroke position.
  • the changeover line 33 is connected via the first pressure line 30 and the first pressure chamber 42 to the first pressure source and thus pressurized. This pressure acts on the switching surface 60 of the spool 52 and moves it into the second axial end position.
  • the second pressure chamber 44 is connected via the second pressure line 31 and the transverse bore 56 to the first pressure source and also the connection of the second pressure line 31 is interrupted with the return line 32.
  • the working surface 26 there is at the working surface 26 a Pressure on, due to the larger surface of the working surface 26 relative to the return stroke 24, the percussion piston 22 - against a restoring force - moves back into the working stroke position.
  • the actuator 70 is in the impact mode position.
  • the second control surface 74 of the actuating element 70 is acted upon by the pressure from the first pressure source.
  • the first control surface 72 of the actuating element 70 is acted upon via a third pressure line 35 with the pressure of the second pressure source. Since the second control surface 74 is larger than the first control surface 72, the actuator 70 is shifted to the impact operating position.
  • the first pressure line 30 between the first pressure chamber 42 and the first pressure source is opened by the actuator 70 and the hammer mechanism can work. Further, the connection between the first pressure chamber 42 and the second pressure source is closed. The first opening portion 82 of the actuator 70 is disposed in the first pressure line 30 to open the first pressure line 30. The closing portion 80 closes the connection between the first pressure chamber 42 and the second pressure source.
  • Fig. 2 shows the Schlagfitbohrvortechnisch 1 in pure rotary operation.
  • the first pressure source is switched off. In the direction of arrow 18 so no pressure is provided. In the direction of arrow 15 further pressure is provided due to the switched-rotary drive, so that the first control surface 72 of the actuating element 70 is acted upon by the third pressure line 35 with pressure. Since no pressure is applied to the second control surface 74 of the actuating element 70, the actuating element 70 is displaced into the rotary operating position due to the pressure applied to the first control surface 72 via the second pressure source. In this case, the control element 70 moves to the first pressure line 30 after a certain way with the closing area 80. simultaneously the third pressure line 35 is conductively connected to a transfer channel 27, which opens into the part of the first pressure line 30 leading to the first pressure chamber 42. The actuator 70 has thus reached its rotational operating position.
  • the first pressure line 30 is closed between the first pressure chamber 42 and the first pressure source and made a connection between the first pressure chamber 42 and the second pressure source.
  • the second control surface 74 of the actuating element 70 is pressurized again via the side channel 34, so that the actuating element 70 is adjusted to the impact operating position.
  • the connection between the first pressure chamber 42 and the second pressure source is again closed by the closing area 80 of the actuating element 70 and the first pressure line 30 is opened by the first opening area 82 of the actuating element 70.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schlagdrehbohrvorrichtung (1) mit einem Drehantrieb (10) zum drehenden Antreiben eines Werkzeugeinsteckendes (3) und einem Schlagwerk (20) mit einem Schlagkolben (22), welcher in einem Gehäuse (40) zwischen einer ersten Druckkammer (42) und einer zweiten Druckkammer (44) reversierend bewegbar gelagert ist, und einer gesteuerten Druckfluid-Zuführeinrichtung (50), mit welcher eine Zuführung eines Druckfluides aus einer ersten Druckquelle einerseits zur ersten Druckkammer (42) und andererseits zur zweiten Druckkammer (44) veränderlich steuerbar ist, wobei eine reversierende Bewegung des Schlagkolbens (22) mit einem Arbeitshub in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende (3) und einem Rückhub in die entgegengesetzte Richtung erzeugbar ist. Es ist ein Stellelement (70) vorgesehen, das zwischen einer Schlagbetriebsstellung und einer Drehbetriebsstellung verstellbar ist, wobei in der Drehbetriebsstellung zum Beabstanden des Schlagkolbens (22) von dem Werkzeugeinsteckende (3) die erste Druckkammer (42) mit einer zweiten Druckquelle (16,17) leitungsverbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schlagdrehbohrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Schlagdrehbohrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Die Schlagdrehbohrvorrichtung weist einen Drehantrieb zum drehenden Antreiben eines Werkzeugeinsteckendes und ein Schlagwerk mit einem Schlagkolben, welcher in einem Gehäuse zwischen einer ersten Druckkammer, welche von einer Rückhubfläche des Schlagkolbens begrenzt ist, und einer zweiten Druckkammer, welche von einer Arbeitshubfläche des Schlagkolbens begrenzt ist, reversierend bewegbar gelagert ist, auf. Die Schlagdrehbohrvorrichtung umfasst ferner eine gesteuerte Druckfluid-Zuführeinrichtung, mit welcher eine Zuführung eines Druckfluides aus einer ersten Druckquelle einerseits zur ersten Druckkammer und andererseits zur zweiten Druckkammer veränderlich steuerbar ist, wobei eine reversierende Bewegung des Schlagkolbens mit einem Arbeitshub in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende und einem Rückhub in die entgegengesetzte Richtung erzeugbar ist.
  • Eine derartige Schlagdrehbohrvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 0 473 968 B1 bekannt.
  • Schlagdrehbohrvorrichtungen werden insbesondere in der Tiefbautechnik zum Erstellen von Erdbohrungen oder zum Einbringen von Pfählen, Ankern oder Ähnlichem in den Boden eingesetzt. Beim Erstellen von Bohrungen kann durch die schlagende Beaufschlagung des Werkzeugeinsteckendes der Bohrfortschritt deutlich gesteigert werden. Hierdurch wird die erforderliche Zeit zum Erstellen einer Bohrung reduziert, was insgesamt die Bohrkosten minimiert.
  • Der Drehantrieb solcher Schlagdrehbohrvorrichtungen kann üblicherweise - abhängig von den Arbeitsbedingungen - allein oder gemeinsam mit dem Schlagwerk betrieben werden. Um bei einem reinen Drehbetrieb einen Verschleiß des Werkzeugeinsteckendes und des Schlagkolbens zu vermindern, ist es bekannt, den Schlagkolben während des reinen Drehbetriebs von dem Werkzeugeinsteckende abzuheben, also zu beabstanden.
  • Bekannte Hebevorrichtungen beinhalten dabei mechanische Bauteile, die das System teuer und anfällig machen.
  • In der EP 0 473 968 B1 wird vorgeschlagen, den Schlagkolben mittels eines ringförmig um den Schlagkolben angeordneten Anschlagelements mechanisch in einer rückgezogenen Rückhubstellung festzulegen. Da das Anschlagelement ringförmig um den Schlagkolben herum angeordnet ist, sind sowohl das Anschlagelement als auch der Schlagkolben an der jeweiligen Berührungsfläche einem Verschleiß ausgesetzt. Zudem ist für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung eine Abdichtung des Schlagkobens gegenüber dem Anschlagelement erforderlich, was eine hohe Passgenauigkeit voraussetzt und die Fertigungskosten erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlagdrehbohrvorrichtung bereitzustellen, die einen Verschleiß des Schlagkolbens weiter reduziert und besonders wirtschaftlich zu fertigen und zu betreiben ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer Schlagdrehbohrvorrichtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Schlagdrehbohrvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Schlagdrehbohrvorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Schlagdrehbohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellelement vorgesehen ist, welches zwischen einer Schlagbetriebsstellung und einer Drehbetriebsstellung verstellbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass in der Drehbetriebsstellung zum Beabstanden des Schlagkolbens von dem Werkzeugeinsteckende die erste Druckkammer mit der Rückhubfläche mit einer zweiten Druckquelle leitungsverbunden ist.
  • Ein erster Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Schlagbetriebsmodus und einen Drehbetriebsmodus der Schlagdrehbohrvorrichtung bereitzustellen. In dem Schlagbetriebsmodus ist das Schlagwerk eingeschaltet, wobei üblicherweise zusätzlich auch der Drehantrieb eingeschaltet ist. In dem Drehbetriebsmodus ist ausschließlich der Drehantrieb in Betrieb, während das Schlagwerk abgeschaltet ist.
  • Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine rein hydraulische Einrichtung zum Abheben des Schlagkobens bereitzustellen, welche beispielsweise bei einem hydraulisch betriebenen Schlagbohrhammer Anwendung finden kann. Durch das Anheben des sich rein axial bewegenden Schlagkolbens von dem in der Regel rotierenden Werkzeugeinsteckende wird schädliche Reibung und dadurch resultierender Verschleiß zwischen dem Schlagkoben und dem Werkzeugeinsteckende praktisch ausgeschlossen.
  • Durch die erfindungsgemäße Schlagdrehbohrvorrichtung wird der Schlagkolben während des Drehbetriebs rein hydraulisch - ohne mechanische Bauteile - in eine Rückhubstellung gebracht und in dieser gehalten. Während des Drehbetriebs ist ein Verschleiß des Schlagkolbens damit praktisch ausgeschlossen. Außerdem ist die Vorrichtung damit gegenüber bekannten Hebevorrichtungen günstiger in der Herstellung und weniger anfällig im Betrieb.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, die erste Druckkammer im Schlagbetriebsmodus aus einer ersten Druckquelle mit einem Druckfluid zu versorgen, wodurch die Rückhubfläche des Schlagkolbens mit dem Druckfluid beaufschlagt und der Schlagkolben in Richtung der Rückhubstellung gedrückt wird. Im reinen Drehbetriebsmodus, also bei einer Abschaltung des Schlagwerks, wird die erste Druckkammer an eine zweite Druckquelle angeschlossen, so dass die Rückhubfläche des Schlagkolbens über eine zweite Druckquelle mit Druck beaufschlagt wird. Hierdurch liegt auch bei einem reinen Drehbetrieb der Schlagdrehbohrvorrichtung das Druckfluid mit Druck an der Rückhubfläche des Schlagkolbens an und dieser wird trotz abgeschaltetem Schlagwerk weiterhin in Richtung der Rückhubstellung gedrückt. Da im Drehbetriebsmodus an der Arbeitshubfläche kein Druck anliegt, wird der Schlagkolben durch den an der Rückhubfläche anliegenden Druck in die Rückhubstellung gedrückt. In dieser Rückhubstellung ist der Schlagkolben von dem Werkzeugeinsteckende abgehoben, so dass keine Berührung zwischen Schlagkolben und Werkzeugeinsteckende gegeben ist.
  • Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung kann also darin gesehen werden, die Rückhubfläche des Schlagkolbens sowohl während eines Schlagbetriebs als auch während eines reinen Drehbetriebs mit dem Druckfluid unmittelbar zu beaufschlagen. Mit anderen Worten liegt das Druckfluid sowohl im Schlagbetriebsmodus als auch im Drehbetriebsmodus mit Druck direkt an der Rückhubfläche an. Dabei wird der erforderliche Druck während des Schlagbetriebs durch die erste Druckquelle und während des Drehbetriebs durch die zweite Druckquelle bereitgestellt.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die zweite Druckquelle eine Druckquelle zum Betrieb des Drehantriebs ist. Hierdurch kann zum Beabstanden des Schlagkobens von dem Werkzeugeinsteckende eine bereits vorhandene Druckquelle verwendet werden und die Bereitstellung weiterer Druckquellen ist nicht erforderlich. Zudem ist die Druckquelle zum Betrieb des Drehantriebs im Drehbetriebsmodus ohnehin in Betrieb.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckkammer mit der ersten Druckquelle und mit der zweiten Druckquelle leitungsverbunden ist und dass eine Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der ersten Druckquelle sowie eine Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckquelle durch das Stellelement, insbesondere wechselweise, verschließbar sind. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Druckbeaufschlagung der ersten Druckkammer, insbesondere wahlweise, durch die erste und die zweite Druckquelle ermöglicht. Die Rückhubfläche des Schlagkolbens ist daher sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Druckquelle leitungsverbunden und durch beide Druckquellen, insbesondere wechselweise, mit einem Druckfluid beaufschlagbar.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass mit dem Öffnen der Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckquelle die Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der ersten Druckquelle verschließbar ist und umgekehrt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass gleichzeitig mit dem Öffnen der Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckquelle ein Verschließen der Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer und der ersten Druckquelle bewirkt wird. Damit wird erreicht, dass, abgesehen von einem möglichen, gewissen Überschneidungsbereich, die erste Druckkammer jeweils nur mit einer der beiden Druckquellen in Leitungsverbindung steht. Die Rückhubfläche des Schlagkolbens wird somit jeweils entweder durch die erste Druckquelle oder durch die zweite Druckquelle mit dem Druckfluid druckbeaufschlagt. Der Schlagkoben wird dadurch stets automatisch und passend zur jeweiligen Betriebsweise angehoben, ohne dass ein Bediener dieses überwachen oder auslösen muss.
  • Eine besonders geeignete konstruktive Ausführungsform besteht darin, dass das Stellelement als Steuerschieber ausgebildet ist, welcher von der ersten Druckquelle und der zweiten Druckquelle druckbeaufschlagbar ist, und dass das Stellelement bei Abfall des Drucks der ersten Druckquelle selbsttätig in die Drehbetriebsstellung verstellbar ist. Es ist somit nicht erforderlich, das Stellelement bei Umschaltung in den reinen Drehbetriebsmodus aktiv in die Drehbetriebsstellung zu verstellen. Vielmehr erfolgt die Verstellung automatisch durch den Abfall des Drucks der ersten Druckquelle.
  • In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass das Stellelement mindestens zwei Steuerflächen aufweist, wobei eine erste Steuerfläche mit der zweiten Druckquelle und eine zweite Steuerfläche mit der ersten Druckquelle leitungsverbunden ist. Durch diese Ausführungsform wird das Stellelement selbst durch die beiden Druckquellen gesteuert. Durch eine Beaufschlagung der ersten Steuerfläche wird das Stellelement in Richtung der Schlagbetriebsstellung und durch eine Beaufschlagung der zweiten Steuerfläche in Richtung der Drehbetriebsstellung gedrückt. Besonders bevorzugt ist es, dass die erste Steuerfläche größer ist als die zweite Steuerfläche, so dass bei gleichem anliegendem Druck aus beiden Druckquellen das Stellelement im Schlagbetriebsmodus in der Schlagbetriebsstellung angeordnet ist.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Stellelement eine dritte Steuerfläche aufweist, welche mit einer drucklosen Umgebung oder einem drucklosen Tank leitungsverbunden ist. Unter einem drucklosen Zustand kann zum einen ein Zustand bei normalem Umgebungsdruck, also insbesondere etwa 1,013 bar (abs) verstanden werden. Zum anderen können manche Tanks auch vorgespannt sein, wobei die verwendete Rückleitung einen Staudruck von ca. 1 - 5 bar aufweisen kann. Die dritte Steuerfläche dient insbesondere dazu, unterschiedlich große erste und zweite Steuerflächen bereitzustellen.
  • Grundsätzlich kann das Stellelement separat von dem Gehäuse des Schlagwerks angeordnet sein. Nach der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass das Stellelement in das Gehäuse integriert ist. Die Anordnung in dem Gehäuse führt zu einem kompakten Aufbau und ermöglicht kurze Leitungsverbindungen zu der ersten und zweiten Druckkammer.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Arbeitshubfläche des Schlagkolbens größer ist als die Rückhubfläche. Diese Ausführung ermöglicht einen Betrieb des Schlagwerks, in welchem die kleinere Rückhubfläche permanent druckbeaufschlagt ist, während die größere Arbeitshubfläche intervallartig mit Druck beaufschlagt wird. Bei einer Druckbeaufschlagung beider Flächen wird also aufgrund der größeren Arbeitshubfläche ein Arbeitshub ausgeführt und der Schlagkolben - entgegen der Wirkung einer ständigen Rückstellkraft - in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende bewegt. Demgegenüber wird die Arbeitshubfläche des Schlagkolbens zur Ausführung eines Rückhubes drucklos geschaltet, so dass der Schlagkolben unter Einwirkung der Rückstellkraft in entgegengesetzte Richtung verschoben wird.
  • Demgemäß ist es insbesondere bevorzugt, dass die Arbeitshubfläche mittels der Druckfluid-Zuführeinrichtung wechselweise mit Druck beaufschlagbar und drucklos schaltbar ist. Dies ist über die gesteuerte Duckfluid-Zuführeinrichtung erzielbar, welche in an sich bekannter Weise einen Steuerschieber und ein Leitungssystem aufweist, über welches die erste Druckquelle intervallartig mit der zweiten Druckkammer leitungsverbunden und getrennt werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Schlagdrehbohrvorrichtung einen Schlagkolben aufweist, welcher in einem Gehäuse zwischen einer ersten Druckkammer, welche von einer Rückhubfläche des Schlagkolbens begrenzt ist, und einer zweiten Druckkammer, welche von einer Arbeitshubfläche des Schlagkolbens begrenzt ist, reversierend bewegbar gelagert ist. Ein Werkzeugeinsteckende wird mittels eines Drehantriebs drehend angetrieben. Mittels einer gesteuerten Druckfluid-Zuführeinrichtung wird eine Zuführung eines Druckfluides aus einer ersten Druckquelle einerseits zur ersten Druckkammer und andererseits zur zweiten Druckkammer veränderlich gesteuert, wobei eine reversierende Bewegung des Schlagkolbens mit einem Arbeitshub in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende und einem Rückhub in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird.
  • Unter einer veränderlich gesteuerten Zuführung des Druckfluides einerseits zur ersten Druckkammer und andererseits zur zweiten Druckkammer ist insbesondere eine Zuführung des Druckfluides zu den beiden Druckkammern zu verstehen, wobei zumindest die Zuführung zu einer der beiden Druckkammern derart steuerbar ist, dass wechselweise eine Verbindung der entsprechenden Druckkammer zu der ersten Druckquelle hergestellt und unterbrochen wird. Die andere Druckkammer kann ständig mit der Druckquelle verbunden sein. Üblicherweise liegt an der Rückhubfläche im Schlagbetrieb immer ein Arbeitsdruck an. Dieser Arbeitsdruck wird über die erste Druckquelle bereitgestellt.
  • Die Arbeitshubfläche wird über das Stellelement abwechselnd mit Druck beaufschlagt und drucklos geschaltet. Über Steuerkanten an dem Schlagkolben, welche jeweils an einem Übergang von einem durchmesserkleineren Bereich zu einem durchmessergrößeren Bereich angeordnet sind, wird das Stellelement gesteuert.
  • In einer unteren Endlage trifft der Schlagkolben auf das Werkzeugeinsteckende. Durch das Auftreffen des Schlagkolbens auf eine Aufschlagfläche des Werkzeugeinsteckendes wird die kinetische Energie des Schlagkolbens als Schlagenergie auf das Werkzeugeinsteckende übertragen. An einem entgegengesetzten Ende des Werkzeugeinsteckendes 3 wird die Schlagenergie, zum Beispiel über eine Bohrstange, an ein Bohrwerkzeug abgegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellelement in eine Drehbetriebsstellung eingestellt wird, wobei in der Drehbetriebsstellung die erste Druckkammer mit der Rückhubfläche mit einer zweiten Druckquelle leitungsverbunden wird und der Schlagkolben von dem Werkzeugeinsteckende beabstandet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die im Zusammenhang mit der Schlagdrehbohrvorrichtung beschriebenen Vorteile erzielt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen, in welchen eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt ist, weiter erläutert. In diesen zeigt:
    • Fig. 1
    eine Schlagdrehbohrvorrichtung im Schlagbetriebsmodus und
    Fig. 2
    eine Schlagdrehbohrvorrichtung im reinen Drehbetriebsmodus.
  • In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Schlagdrehbohrvorrichtung 1 in Form eines Schlagbohrhammers schematisch dargestellt. Die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 weist einen Drehantrieb 10 und ein Schlagwerk 20 auf. Fig. 1 zeigt die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 in einem Schlagbetriebsmodus, in welchem das Schlagwerk 20 eingeschaltet ist. Fig. 2 zeigt die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 in einem Drehbetriebsmodus, in welchem lediglich der Drehantrieb 10 eingeschaltet und das Schlagwerk 20 abgeschaltet ist.
  • Mittels des Drehantriebs 10 kann ein Werkzeugeinsteckende 3 in Rotation versetzt werden. Der Drehantrieb 10 weist einen Hydraulikmotor 12 auf. Ein Drehmoment des Hydraulikmotors 12 wird über mindestens ein Ritzel 14 auf das Werkzeugeinsteckende 3 übertragen. Zum Antrieb des Hydraulikmotors 12 ist eine zweite Druckquelle vorgesehen, mit der ein Hydraulikfluid abhängig von der Drehrichtung des Motors in Pfeilrichtung 16 oder 17 zugeführt werden kann.
  • Das Schlagwerk 20 weist einen Schlagkolben 22 auf, der über eine Rückhubfläche 24 und eine Arbeitshubfläche 26 alternierend, insbesondere auf und ab, beschleunigt werden kann. Das Schlagwerk 20 ist mittels einer ersten Druckquelle betreibbar, über die das Hydraulikfluid in Pfeilrichtung 18 zuführt werden kann. Die erste und die zweite Druckquelle können beispielsweise eine Hydraulikpumpe aufweisen.
  • Der Schlagkolben 22 ist in einer zylinderförmigen Schlagkolbenkammer 41 eines Gehäuses 40 zwischen einer Rückhubstellung und einer Arbeitshubstellung axial verschiebbar gelagert. In der Rückhubstellung ist der Schlagkolben 22 in die dem Werkzeugeinsteckende 3 entgegengesetzte Richtung verschoben und kann insbesondere von dem Werkzeugeinsteckende 3 abgehoben sein. Die Rückhubstellung des Schlagkolbens 22 kann auch als angehobene Stellung bezeichnet werden. Beim Arbeitshub wird der Schlagkolben 22 hingegen in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende 3 zum sogenannten Aufschlagpunkt verschoben.
  • In einem ersten ringförmigen Umfangsbereich um den Schlagkolben 22 ist eine erste Druckkammer 42 ausgebildet, die von der Rückhubfläche 24 begrenzt ist. Die erste Druckkammer 42 ist um einen ersten durchmesserkleineren Axialbereich des Schlagkolbens 22 gebildet. Die Rückhubfläche bildet gleichzeitig eine erste Steuerkante 36.
  • In einem zweiten ringförmigen Umfangsbereich um den Schlagkolben 22 ist eine zweite Druckkammer 44 vorgesehen, welche von der Arbeitshubfläche 26 begrenzt ist. Die zweite Druckkammer 44 ist um einen zweiten durchmesserkleineren Axialbereich des Schlagkolbens 22 gebildet.
  • In einem dritten ringförmigen Umfangsbereich um den Schlagkolben 22 ist eine Umschaltkammer 43 vorgesehen, welche von zwei gleich großen ringförmigen Flächen des Schlagkobens begrenzt ist. Die Umschaltkammer ist um einen dritten durchmesserkleineren Axialbereich des Schlagkolbens 22 gebildet. Die dem Werkzeugeinsteckende 3 zugewandte ringförmige Fläche bildet eine zweite Steuerkante 38.
  • In dem Gehäuse 40 ist ferner ein Steuerschieber 52 zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 22 angeordnet. Der Steuerschieber 52 ist in einer ersten Zylinderkammer 51 des Gehäuses 40 axial verschiebbar gelagert und weist eine axiale Durchgangsbohrung 54 und mindestens eine Querbohrung 56 auf, die sich ausgehend von der axialen Durchgangsbohrung 54 radial erstreckt. An einer äußeren Umfangsfläche des Steuerschiebers 52 ist eine umlaufende Umfangsnut 58 ausgebildet. Ferner weist der Steuerschieber 52 mindestens eine axiale Umschaltfläche 60 auf, die an einem durchmessergrößeren Axialbereich des Steuerschiebers 52 ausgebildet ist. Durch eine Druckentlastung der Umschaltfläche 60 kann der Steuerschieber 52 axial in eine erste Endlage und durch Druckbeaufschlagung in eine zweite Endlage verschoben werden. Eine Entlastungsfläche 62 ist über eine erste Entlastungsleitung 28 mit einer drucklosen Umgebung oder einem drucklosen Tank verbunden. Eine Längsachse 53 des Steuerschiebers 52 ist in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu einer Längsachse 23 des Schlagkolbens 22.
  • Eine erste Druckleitung 30 ist zwischen der ersten Zylinderkammer 51 und der ersten Druckkammer 42 angeordnet und verbindet die erste Druckquelle über die Durchgangsbohrung 54 des Steuerschiebers 52 mit der ersten Druckkammer 42. Die erste Druckleitung 30 kann als Bohrung in dem Gehäuse 40 ausgebildet sein.
  • Mittels der ersten Druckquelle kann druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid, beispielsweise ein Öl, über die erste Druckleitung 30 der ersten Druckkammer 42 zugeführt werden. Über das unter Druck stehende Fluid ist die Rückhubfläche 24 beaufschlagbar, so dass eine Rückhubkraft auf den Schlagkolben 22 in Richtung der Rückhubstellung des Schlagkolbens 22 ausgeübt werden kann.
  • Eine zweite Druckleitung 31 ist zwischen der ersten Zylinderkammer 51 und der zweiten Druckkammer 44 angeordnet und verbindet die erste Druckquelle über die Querbohrung 56 des Steuerschiebers 52 mit der zweiten Druckkammer 44. Die zweite Druckleitung 31 kann ebenfalls als Bohrung in dem Gehäuse 40 ausgebildet sein. Über das druckbeaufschlagte Fluid von der ersten Druckquelle ist die Arbeitshubfläche 26 beaufschlagbar, so dass eine Arbeitshubkraft auf den Schlagkolben 22 in Richtung des Aufschlagpunktes ausgeübt werden kann. Erste und zweite Druckleitungen 30, 31 können auch als erste und zweite Ölkanäle bezeichnet werden.
  • Das Schlagwerk 20 weist ferner eine Rücklaufleitung 32 auf, die einerseits zwischen der ersten Druckkammer 42 und zweiten Druckkammer 44 in die Schlagkolbenkammer 41 mündet und andererseits an eine drucklose Umgebung oder einem drucklosen Tank (Pfeil 19) angeschlossen ist.
  • Ferner ist eine Umschaltleitung 33 vorgesehen, die die Schlagkolbenkammer 41 mit der Umschaltfläche 60 des Steuerschiebers 52 verbindet.
  • Als Teil des Schlagwerks 20 weist die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 ein Stellelement 70 auf. Das Stellelement 70 ist in dem Gehäuse 40 des Schlagwerks 20 angeordnet und kann auch als zweiter Steuerschieber bezeichnet werden. Grundsätzlich ist es abweichend von der dargestellten Ausführungsform möglich, das Stellelement 70 extern, also außerhalb des Gehäuses 40, anzuordnen.
  • Das Stellelement 70 ist in einer zweiten Zylinderkammer 69 in dem Gehäuse 40 längsverschiebbar gelagert. Die zweite Zylinderkammer 69 ist sowohl mit der ersten Druckquelle, der zweiten Druckquelle als auch mit der ersten Druckkammer 42 leitungsverbunden. Das Stellelement 70 weist mindestens einen Schließbereich 80 auf, mit welchem die erste Druckleitung 30 zwischen der ersten Druckkammer 42 und der ersten Druckquelle verschlossen werden kann. Das Stellelement 70 weist ferner einen ersten Öffnungsbereich 82 mit einem kleineren Durchmesser als der Schließbereich 80 auf, um die erste Druckleitung 30 zu öffnen. Des Weiteren ist ein zweiter Öffnungsbereich 84 vorgesehen, welcher ebenfalls einen kleineren Durchmesser aufweist als der Schließbereich 80. Mit dem zweiten Öffnungsbereich 84 kann eine Verbindung zwischen der zweiten Druckquelle und der ersten Druckkammer 42 geöffnet werden. Schließlich ist ein Axialbereich 86 vorgesehen, welcher als Führungsbereich zur Führung des Stellelements in der zweiten Zylinderkammer 69 bezeichnet werden kann.
  • Das Stellelement 70 weist ferner drei Steuerflächen 72, 74, 76 auf. Eine erste Steuerfläche 72 ist mit der zweiten Druckquelle verbunden und drückt das Stellelement 70 bei Druckbelastung in Richtung der Drehbetriebsstellung. Eine zweite Steuerfläche 74 ist mit der ersten Druckquelle leitungsverbunden und drückt das Stellelement 70 in Richtung der Schlagbetriebsstellung. Die zweite Steuerfläche 74 ist über einen Seitenkanal 34 mit der ersten Druckquelle, insbesondere über die erste Druckleitung, verbunden. Eine dritte Steuerfläche 76 ist über eine zweite Entlastungsleitung 29 mit einem drucklosen Tank verbunden. Das Stellelement 70 ist ein im Wesentlichen rotationssymmetrischer Körper mit einer Längsachse 71, die quer zu einer Längsachse des ersten Druckkanals ausgerichtet ist.
  • Das als zweiter Steuerschieber ausgebildete Stellelement 70 ist in die erste Druckleitung 30 eingebracht, um eine Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der ersten Druckquelle zu schließen und zu öffnen. Gleichzeitig kann durch das Stellelement 70 die erste Druckkammer 42 mit der zweiten Druckquelle verbunden und getrennt werden. Die zweite Druckquelle dient gleichzeitig dem Antrieb des Hydraulikmotors 12 des Drehantriebs 10.
  • Das Stellelement 70 wird durch die erste und zweite Steuerfläche 72, 74 betätigt, wobei, wie oben dargestellt, die dritte Steuerfläche 76 drucklos geschaltet ist. Sobald das Schlagwerk 20 eingeschaltet ist, ist auch das Stellelement 70 über den Seitenkanal 34 mit dem durch die erste Druckquelle bereitgestellten Arbeitsdruck zum Betrieb des Schlagwerks versorgt. Da die zweite Steuerfläche 74 größer ist als die erste Steuerfläche 72, ist das Stellelement 70 immer in der Schlagbetriebsstellung angeordnet, selbst wenn an beiden Steuerflächen 72, 74 ein Druck anliegt. Der Größenunterschied der beiden Steuerflächen 72, 74 ist derart bemessen, dass selbst bei deutlich größerem Druck an der ersten Steuerfläche 72 das Stellelement 70 in der Schlagbetriebsstellung angeordnet ist.
  • Zur Abdichtung des Schlagkolbens 22 gegen das Gehäuse 40 sind in dem Gehäuse 40 mehrere ringförmige Dichtelemente 46 vorgesehen.
  • Nachfolgend wird der Schlagbetriebsmodus der Schlagdrehbohrvorrichtung beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 im Schlagbetriebsmodus. Dabei ist der Schlagkolben 22 am Aufschlagpunkt dargestellt. Der Steuerschieber 52 befindet sich in der ersten axialen Endlage. In dieser ist die zweite Druckleitung 31 über die Umfangsnut 58 in dem Steuerschieber 52 mit der Rücklaufleitung 32 leitungsverbunden und somit drucklos geschaltet. In der ersten axialen Endlage des Steuerschiebers 52 ist ferner die Querbohrung 56 derart axial verschoben, dass die Verbindung der zweiten Druckleitung 31 zur ersten Druckquelle geschlossen ist. Die zweite Druckkammer 44 ist somit druckentlastet und an der Arbeitshubfläche 26 des Schlagkolbens 22 liegt kein Druck an.
  • Die erste Druckkammer 42 des Schlagkolbens 22 ist demgegenüber über die Durchgangsbohrung 54 des Steuerschiebers 52 mit der ersten Druckquelle verbunden, so dass über das Druckfluid eine Kraft auf die Rückhubfläche 24 ausgeübt wird, die den Schlagkolben 22 in Richtung der Rückhubstellung drückt. Rückhubfläche 24 und erste Druckkammer 42 sind somit mit der ersten Druckquelle verbunden und die Rückhubfläche 24 ist druckbelastet.
  • Der Schlagkolben 22 bewegt sich unter Einwirkung der Druckbeaufschlagung der Rückhubfläche 24 ausgehend von dem in Fig. 1 dargestellten Aufschlagpunkt nach oben in die Rückhubstellung.
  • Sobald die erste Steuerkante 36 die Umschaltleitung 33 erreicht, wird die Umschaltleitung 33 über die erste Druckleitung 30 und die erste Druckkammer 42 mit der ersten Druckquelle verbunden und somit unter Druck gesetzt. Dieser Druck wirkt auf die Umschaltfläche 60 des Steuerschiebers 52 und bewegt diesen in die zweite axiale Endlage.
  • In der zweiten axialen Endlage des Steuerschiebers 52 ist die zweite Druckkammer 44 über die zweite Druckleitung 31 und die Querbohrung 56 mit der ersten Druckquelle verbunden und ist außerdem die Verbindung der zweiten Druckleitung 31 mit der Rücklaufleitung 32 unterbrochen. Somit liegt an der Arbeitshubfläche 26 ein Druck an, der aufgrund der größeren Fläche der Arbeitshubfläche 26 gegenüber der Rückhubfläche 24 den Schlagkolben 22 - entgegen einer Rückstellkraft - wieder in die Arbeitshubstellung bewegt.
  • Sobald die zweite Steuerkante 38 des Schlagkolbens 22 die Umschaltleitung 33 erreicht, wird diese über die Umschaltkammer 43 mit der Rücklaufleitung 32 verbunden und druckentlastet. Hierdurch wird der Steuerschieber 52 erneut in die erste axiale Endlage verschoben. Das Schlagwerk 20 hat nun wieder die in Fig. 1 dargestellte Stellung erreicht und der Zyklus beginnt von neuem.
  • In der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet sich das Stellelement 70 in der Schlagbetriebsstellung. Die zweite Steuerfläche 74 des Stellelements 70 ist mit dem Druck aus der ersten Druckquelle beaufschlagt. Die erste Steuerfläche 72 des Stellelements 70 ist über eine dritte Druckleitung 35 mit dem Druck der zweiten Druckquelle beaufschlagt. Da die zweite Steuerfläche 74 größer ist als die erste Steuerfläche 72, ist das Stellelement 70 in die Schlagbetriebsstellung verschoben.
  • In dieser ist die erste Druckleitung 30 zwischen der ersten Druckkammer 42 und der ersten Druckquelle durch das Stellelement 70 geöffnet und das Schlagwerk kann arbeiten. Ferner ist die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der zweiten Druckquelle geschlossen. Der erste Öffnungsbereich 82 des Stellelements 70 ist in der ersten Druckleitung 30 angeordnet, um die erste Druckleitung 30 zu öffnen. Der Schließbereich 80 verschließt die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der zweiten Druckquelle.
  • Nachfolgend wird der Drehbetriebsmodus beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt die Schlagdrehbohrvorrichtung 1 im reinen Drehbetrieb. Hierbei ist die erste Druckquelle abgeschaltet. In Pfeilrichtung 18 wird also kein Druck bereitgestellt. In Pfeilrichtung 15 wird aufgrund des eingeschalteten Drehantriebs weiterhin Druck bereitgestellt, so dass die erste Steuerfläche 72 des Stellelements 70 über die dritte Druckleitung 35 mit Druck beaufschlagt ist. Da an der zweiten Steuerfläche 74 des Stellelements 70 nun kein Druck mehr anliegt, wird das Stellelement 70 aufgrund des über die zweite Druckquelle an der ersten Steuerfläche 72 anliegenden Drucks in die Drehbetriebsstellung verschoben. Dabei fährt das Stellelement 70 nach einem bestimmten Weg mit dem Schließbereich 80 die erste Druckleitung 30 zu. Gleichzeitig wird die dritte Druckleitung 35 leitungsverbunden mit einem Überleitkanal 27, welcher in den zur ersten Druckkammer 42 führenden Teil der ersten Druckleitung 30 mündet. Das Stellelement 70 hat damit seine Drehbetriebsstellung erreicht.
  • In dieser ist die erste Druckleitung 30 zwischen erster Druckkammer 42 und erster Druckquelle verschlossen und eine Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der zweiten Druckquelle hergestellt. Die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der zweiten Druckquelle erfolgt über den zweiten Öffnungsbereich 84 des Stellelements 70.
  • Da an der zweiten Druckkammer 44 und der Arbeitshubfläche 26 des Schlagkolbens 22 aufgrund der Abschaltung der ersten Druckquelle kein Druck anliegt, wird der Schlagkolben 22 durch den über die zweite Druckquelle an der ersten Druckkammer 42 anliegenden Druck in die Rückhubstellung bewegt und insbesondere von dem Werkzeugeinsteckende 3 beabstandet und abgehoben. An der Anschlagfläche zwischen Schlagkolben 22 und Werkzeugeinsteckende 3 findet nun keine Berührung statt. Eine Reibung zwischen diesen Bauteilen ist somit ausgeschlossen.
  • Bei einer erneuten Einschaltung des Schlagwerks 20 wird die zweite Steuerfläche 74 des Stellelements 70 über den Seitenkanal 34 erneut mit Druck beaufschlagt, so dass das Stellelement 70 in die Schlagbetriebsstellung verstellt wird. In dieser ist die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 42 und der zweiten Druckquelle erneut durch den Schließbereich 80 des Stellelements 70 verschlossen und die erste Druckleitung 30 durch den ersten Öffnungsbereich 82 des Stellelements 70 geöffnet.

Claims (11)

  1. Schlagdrehbohrvorrichtung mit
    - einem Drehantrieb (10) zum drehenden Antreiben eines Werkzeugeinsteckendes (3),
    - einem Schlagwerk mit einem Schlagkolben (22), welcher in einem Gehäuse (40) zwischen einer ersten Druckkammer (42), welche von einer Rückhubfläche (24) des Schlagkolbens (22) begrenzt ist, und einer zweiten Druckkammer (44), welche von einer Arbeitshubfläche (26) des Schlagkolbens (22) begrenzt ist, reversierend bewegbar gelagert ist, und
    - einer gesteuerten Druckfluid-Zuführeinrichtung (50), mit welcher eine Zuführung eines Druckfluides aus einer ersten Druckquelle einerseits zur ersten Druckkammer (42) und andererseits zur zweiten Druckkammer (44) veränderlich steuerbar ist, wobei eine reversierende Bewegung des Schlagkolbens (22) mit einem Arbeitshub in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende (3) und einem Rückhub in die entgegengesetzte Richtung erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Stellelement (70) vorgesehen ist, welches zwischen einer Schlagbetriebsstellung und einer Drehbetriebsstellung verstellbar ist,
    - wobei in der Drehbetriebsstellung zum Beabstanden des Schlagkolbens (22) von dem Werkzeugeinsteckende (3) die erste Druckkammer (42) mit der Rückhubfläche (24) mit einer zweiten Druckquelle leitungsverbunden ist.
  2. Schlagdrehbohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Druckquelle eine Druckquelle zum Betrieb des Drehantriebs (10) ist.
  3. Schlagdrehbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Druckkammer (42) mit der ersten Druckquelle oder der zweiten Druckquelle leitungsverbunden ist und
    dass eine Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer (42) und der ersten Druckquelle sowie eine Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer (42) und der zweiten Druckquelle durch das Stellelement (70), insbesondere wechselweise, verschließbar sind.
  4. Schlagdrehbohrvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit dem Öffnen der Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer (42) und der zweiten Druckquelle die Druckleitung zwischen der ersten Druckkammer (42) und der ersten Druckquelle verschließbar ist und umgekehrt.
  5. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellelement (70) als Steuerschieber ausgebildet ist, welcher von der ersten Druckquelle und der zweiten Druckquelle druckbeaufschlagbar ist, und dass das Stellelement (70) bei Abfall des Drucks der ersten Druckquelle selbsttätig in die Drehbetriebsstellung verstellbar ist.
  6. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellelement (70) mindestens zwei Steuerflächen (72, 74) aufweist, wobei eine erste Steuerfläche (72) mit der zweiten Druckquelle und eine zweite Steuerfläche (74) mit der ersten Druckquelle leitungsverbunden ist.
  7. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellelement (70) eine dritte Steuerfläche (76) aufweist, welche mit einer drucklosen Umgebung oder einem drucklosen Tank leitungsverbunden ist.
  8. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellelement (70) in dem Gehäuse (40) angeordnet ist.
  9. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Arbeitshubfläche (26) des Schlagkolbens (22) größer ist als die Rückhubfläche (24).
  10. Schlagdrehbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Arbeitshubfläche (26) mittels der Druckfluid-Zuführeinrichtung (50) wechselweise mit Druck beaufschlagbar und drucklos schaltbar ist.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Schlagdrehbohrvorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    wobei
    - die Schlagdrehbohrvorrichtung (1) einen Schlagkolben (22) aufweist, welcher in einem Gehäuse (40) zwischen einer ersten Druckkammer (42), welche von einer Rückhubfläche (24) des Schlagkolbens (22) begrenzt ist, und einer zweiten Druckkammer (24), welche von einer Arbeitshubfläche (26) des Schlagkolbens (22) begrenzt ist, reversierend bewegbar gelagert ist,
    - ein Werkzeugeinsteckende (3) mittels eines Drehantriebs (10) drehend angetrieben wird und
    - mittels einer gesteuerten Druckfluid-Zuführeinrichtung (50) eine Zuführung eines Druckfluides aus einer ersten Druckquelle einerseits zur ersten Druckkammer (42) und andererseits zur zweiten Druckkammer (44) veränderlich gesteuert wird, wobei eine reversierende Bewegung des Schlagkolbens (22) mit einem Arbeitshub in Richtung auf das Werkzeugeinsteckende (3) und einen Rückhub in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Stellelement (70) in eine Drehbetriebsstellung eingestellt wird,
    - wobei in der Drehbetriebsstellung die erste Druckkammer (42) mit der Rückhubfläche (24) mit einer zweiten Druckquelle leitungsverbunden wird und der Schlagkolben (22) von dem Werkzeugeinsteckende (3) beabstandet wird.
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