DE2512784B2 - Tieflochbohrhammer - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen zum Anschluß an ein Bohrgestänge vorgesehenen Tieflochbohrhammer, welcher am unteren Ende einen Spülbohrungen, Vertiefungen und Hartmetall-Einsätze aufweisenden Bohrmeißel trägt und in welchem ein mit einem Durchgangsloch versehener Schlagkolben unter pneumatischem Antrieb mit vorgegebenem Maximalhub zwischen der zylindrischen Außenwand und einem Innenrohr gesteuert auf und ab bewegbar ist.

Derartige Tieflochbohrhämmer sind beispielsweise aus der DT-PS 10 00 310 bekannt. Dabei steht die Druckmittelzufuhr ständig mit dem Schlagkolben ungesteuert in Verbindung. Der Auspuff des Druckmittels erfolgt am Ende des Rückhubs und am Anfang des Schlaghubs, der unter dem Eigengewicht des Schlagkolbens und unter dem Druck des eingeleiteten Druckmittels abläuft, das in einem Ringraum zwischen Kolben und Außenrohr expandiert und so einen Rückhub bewirkt. Die Bemessung dieses Ringraums ist kritisch für die Wirkungsweise des Hammers, welche im übrigen auch von dem Durchmesser der Kolbenstange maßgeblich beeinflußt wird, die den Schlagkolben mit großem Radialspiel führt. Dadurch wird die nutzbare Kolbenfläche stark verringert. Überdies ist der Schlagkolben selbst schwer und lang, so daß seine Massenträgheit eine rasche Schlagfolge verhindert Ein ungelöstes Problem bleibt ferner die gleichmäßige Abfuhr des erzeugten Bohrkleins. Außerdem läßt nicht nur die sichere Steuerung des Bohrhammerbetriebs zu wünschen übrig, sondern auch seine Wirtschaftlichkeit.

Andere Tieflochbohrhämmer sind z. B. in den US-PS 28 37 317. 28 87 989 und 35 68 783 sowie in den DTPS 1186816, 1238864 und 1408666 beschrieben. Bei diesen untereinander recht verschiedenen Ausführungsformen ist d*r Schlagkolben stets im Inneren eines eigenen Zylinders geführt, was eine besondere Herstellungsgenauigkeit verlangt und darüber hinaus die Zufuhr des Druckmittels erschwert, das über zum Teil sehr enge und verwinkelte Kanäle in den Arbeitsraum eingebracht werden muß. Dadurch wird der Aufbau solcher Bohrhämmer kompliziert, und ihr Betrieb ist entsprechend störanfällig.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik mit einfachen Mitteln zu überwinden und Tieflochbohrhämmer zu schaffen, die bei übersichtlichem Aufbau und wirtschaftlicher Herstellung einen zuverlässigen, kostensparenden Hochleistungsbetrieb auch unter ungünstigen Arbeitsbedingungen ermöglichen. Insbesondere soll die sichere Funktion in ganz verschiedenem Gestein ebenso gewährleistet sein wie Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung sowie einfache Handhabung und Wartung.

Bei einem Tieflochbohrhammer der eingangs erwähnten Art ist erfmdungggemäß vorgesehen, daß zumindest die kraftübertragenden axialbeweglichen Teile des Hammers in einem Polygonprofil ausgebildet sind. Hierdurch wird mit geringem Aufwand und auf überraschend einfache Welse sichergestellt, daß die bewegten Teile — jedenfalls soweit sie zum Antrieb bzw. zur Kraft- oder Drehmomentübertragung dienen — nicht nur axial frei verschieblich sind, sondern auch jeder Drehbewegung zwangsschiüssig folgen. Die so erzielte zügige Gleitführung und einwandfreie Abdichtung trägt wesentlich dazu bei, den pneumatischen Antrieb verlustarm zu gestalten. Gleichzeitig ergibt sich auch eine besonders günstige Nutzung der verfügbaren Querschnitte, die gegenüber den herkömmlichen Tieflochbohrhämmern stark vergrößert sind, so daß im praktischen Einsatz Leistungssteigerungen von über 40% realisiert werden können.

Nichtzylindrische Profile sind zwar bei Bohrlochhämmern nach dem Stand der Technik bereits verwendet worden, z.B. gemäß der erwähnten DT-PS 11 86 816. Längsnuten am Schaft des Schlagkolbens und des Bohrmeißels unterbrechen dabei den zylindrischen Querschnitt am Umfang, so daß dieser die Gestalt eines Keilprofils erhält, wie es bei Wellen-Naben-Verbindungen üblich ist. Es findet jedoch keine Kraft- oder Drehmomentübertragung mittels des Profils der Bohrhammerteile statt Außerdem handelt es sich bei diesen Formen nicht um echte Polygon- oder K-Profile, die stets gerundete Mehreckprofile ohne Kerbwirkung zur formschlüssigen Verbindung eines Außenteils mit einem Innenteil sind.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das im Schlagkolben zentrisch und formschlüssig sitzende Innenrohr Polygonprofil hat vorzugsweise disharmonisches PC4-Profil. Vor allem der Schlagkolben selbst gleitet also auf einem Polygon-Innenrohr, das außer der Auf- und Abbewegung die Übertragung von Drehmomenten zuläßt. Die Normbezeichnung PC4 deutet ein Polygonwellen-Profil an, das einem Vierkant ähnelt, wobei die Kanten mit der Krümmung des Außenradius gerundet und die dazwischen befindlichen Polygonflächen nach Art einer flachen Zykloide gekrümmt sind. Die Erfindung ist nicht auf disharmonische Polygonprofile beschränkt, an deren Kantenübergang ein Krümmungssprung stattfindet; grundsätzlich kommen auch harmonische Polygonprofile (mit gleitendem Krümmungsübergang), Keilwellenprofile nach DIN 5480 od. dgl. in Betracht.

Zweckmäßig weist das Innenrohr Luftdurchlässe auf, die je nach der Stellung des Schlagkolbens von diesem versperrt bzw. freigegeben sind, wodurch die Steuerung des Bohrhammers stark vereinfacht wird. Insbesondere können die Luftdurchlässe von zwei achsparallelen Bohrungen des Innenrohrs mit seitlichen Offnungen gebildet sein, wovon wenigstens eine einer korrespondierenden Aussparung im Schlagkolben zugeordnet ist. Vorteilhaft sind solche Bohrungen nahe gegenüberliegenden Polygonkanten bzw. auf einem Hauptdurchmesser des Innenrohrs angeordnet.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Schlagkolben voneinander getrennte Axial- und Radialdurchlässe besitzt, mittels derer je nach der Stellung des Schlagkolbens Strömungsverbindungen zu korrespondierenden Ausnehmungen am Innen- und Außenrohr des Hammers herstellbar sind. Diese Konstruktion gewährleistet, daß vielfältigen Anwendungswünschen mit wenigen Grundtypen Rechnung

getragen werden kann.

Zur Erzielung hoher Leistungen bei betriebssicherer Steuerung sieht die Erfindung ferner vor, daß das Innenrohr mit den Antriebsteilen des Hammers in Strömungsverbindung steht oder direkt in Strömungsverbindung gebracht werden kann, insbesondere einerseits mittels Durchlässen mit einem am oberen Ende angeordneten Dämpfungskolben und andererseits mit dem Bohrmeißel.

Eine weitere Leistungssteigerung läßt sich dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß der Bohrmeißelschaft als Bohrkrone einen auswechselbaren, zumindest in Axialrichtung elastisch gepufferten Verschleißschuh gleitbeweglich trägt. Dadurch werden Werkzeug und Gestänge geschont, da die Pufferung ohne nennenswerten Verbrauch an Schlagenergie auftretende Erschütterungen dämpft bzw. unterbindet. Außerdem ergibt sich eine beträchtliche Verbilligung im Gebrauch, weil bei stumpf gewordenem Werkzeug zunächst nur der gepufferte Verschleißschuh ausgewechselt wird, wogegen der als Zwischenamboß dienende Bohrmeißelschaft dank seiner viel größeren Standzeit erst später ausgetauscht werden muß.

Zur Verlängerung der Nutzungsdauer trägt es ferner bei, wenn der Verschleißschuh wenigstens einen Polygoneinsatz aufweist, dessen Außenteil am Umfang abgesetzt und durch Dämpfungseinlagen in Umfangsrichtung abgepolstert ist. Man erhält so eine Bohrkrone von großer Standzeit, die dem Bohrhammer ein schnelles und kräftiges Vordringen vor allem in mittelhartem Gestein ermöglicht, aber auch in hartem Gestein beachtliche Bohrgeschwindigkeiten zu erzielen gestattet

Für die Führung des Druckmittels, das bevorzugt von Druckluft gebildet ist, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Dämpfungskolben einen zentralen Durchlaß und an seinem unteren Ende radiale Auslässe aufweist. Der Dämpfungskolben kann ferner durch einen Ringpuffer abgefedert sein, der sich axial an einem rohrförmigen Gehäuse abstützt, das mit der Außenwand des Hammers verschraubt ist und in dem ein Führungsband für Leichtgängigkeit sorgt

Die Handhabung eines Bohrhammers nach der Erfindung wird wesentlich erleichtert, wenn der Gestänge-Anschlußteil des Hammers ein Konusgewinde mit Umfangsaussparungen aufweist, die mit einem Gegenprofil an den Außenenden der Gestängerohre formschlüssig zusammenpassen. Derartige Greifprofile können bei Fang- und Brechvorrichtungen vorgesehen sein, die wahlweise oder zusätzlich Backen bzw. Segmente besitzen, welche in eine Umfangsnut des Konusgewindes eingreifen und dadurch den Bohrhammer haltern und tragen können.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Innenrohr fest mit einem Haltekörper verbunden ist, in den «in koaxialer Steuerzylinder ragt, der einen Ventilsitz für einen in dem Haltekörper !gleitbeweglich geführten Steuerkörper trägt Insbesondere kann das Innenrohr mit dem Haltekörper «ifindungsgemäß einstückig sein. Vorzugsweise ist der Haltekörper in einem mit der Außenwand verschraubten,den Steuerzylinder führenden rohrförmigen Gehäuse fest angebracht Durch Austausch des Haltekörpers und/oder des Schlagkolbens erzielt man mit einfachsten Mitteln verschiedene Charakteristiken oder Kenndaten ides Bohrhammers.

Die {Gründung sieht ferner vor, daß der Haltekörper einen seitlichen Einlaß hat, der «eben dem Innenrohr mündet, dessen eine Bohrung mit dem Steuerrohr in Verbindung steht, wobei die andere Bohrung im Haltekörper einen unter den Steuc-körper führenden Seitenkanal aufweist. Im oberen stirnseitigen Abschluß des Steuerrohrs kann eine auswechselbare Düse angeordnet sein. Wahlweise oder zusätzlich kann sich im Außenteil des Steuerkörpers, z. B. am Außenumfang eines sonst abdichtenden Stützringes, oder des Steuerzylinders eine auswechsel- oder verschließbare Seitendüse befinden. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Steuerung des Bohrhammerbetriebs zu vereinfachen und zu verbessern. Auch kann rasch und billig in Verbindung mit den vorgesehenen Düsen durch Verändern oder Austauschen einzelner Steuerungsteile oder auch der ganzen Steuerungsanordnung die Betriebsweise und. Leistung des Bohrhammers nach Bedarf eingestellt und verändert werden, wie es das Gestein vor Ort und der verfügbare Verdichter erfordern.

Gemäß einer wichtigen Weiterbildung der Erfindung ist der Steuerkörper nach Art einer Tellerbüchse gestaltet und/oder am Außenrand mit Umfangsaussparungen versehen, die bei Anliegen des Steuerkörpers an einem axialen Ventilsitz eine äußere Strömungsverbindung ermöglichen. Wird der Steuerkörper beispielsweise am Ende der Schlagkolben-Abwärtsbewegung durch den momentanen Rückstau des Druckmittels angehoben und an den darüber befindlichen Ventilsitz gepreßt, so wird die Druckmittelzufuhr auf dem direkten Weg unterbrochen. Gleichzeitig fließt auf einem Nebenweg gedrosseltes einströmendes Druckmittel an den Umfangsaussparungen vorbei, wodurch der Schlagkolben von unten belastet und in die Ausgangsstellung angehoben wird. Dann kann ein neuer Arbeitstakt beginnen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat der Steuerzylinder ein inneres, oben Querbohrungen aufweisendes Steuerrohr, auf dem ein federbelasteter Steuerkolben gleitbar angeordnet ist, der unten korrespondierende Querbohrungen besitzt und dessen Stirnflansch an den Dämpfungskolben anlegbar ist. Diese Steuerungsteile besitzen eine einfache Form; sie lassen sich kostengünstig fertigen und bequem montieren sowie warten. Wird der Dämfungskolben zurückgezogen, etwa wenn der Bohrmeißel keinen großen Widerstand vorfindet und unter seinem Eigengewicht einen schnelleren als den am Bohrgerät gerade eingestellten Vorschub erfährt so bewirkt die Federbelastung des Steuerkolbens dessen Anhebung, bis die

einander zugeordneten Querbohrungen in Strömungsverbindung stehen. Dann erfolgt durch die Querbohrungen eine verstärkte Zufuhr von Druckmittel in das Steuerrohr, so daß der Spülbetrieb unter vollem Druck stattfinden kann. Gleichzeitig läuft der Teillast- oder Leerlauf-Schlagbetrieb des Bohrhammers über die Seitendüse weiter.

Zwischen dem Kopf des Schlagkolbens und einer Schulter der ihn führenden Außenwand kann em Dämpfungsraum vorgesehen sein, ebenso zwischendem Kopf des Bohrmeißels und einer Schulter der ihn führenden Haltekappe. Günstig ist es dabei, wenn in Wenigstens einem Dämpfungsraum und/oder zwischen axialbeweglichen, kraftübertragenden Teilen eine elastisch-nachgiebige Einlage angeordnet ist

«5 (Es folgt die spezielle Beschreibung ab Figurenaufzählung.)

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen

anhand der Zeichnung. Darin zeigt

F i g. 1 a, b, c aneinandergesetzt zu denkende Teile der Axialschnittansicht eines erfindungsgemäßen Tieflochbohrhammers,

F i g. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie H-II in Fig. Ic,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die in F i g. 4 dargestellte abgewandelte Ausführungsform eines Bohrhammers nach der Erfindung,

Fig.4 eine Schnitt-/Seiten-Ansicht, die im oberen Teil der Schnittlinie IV-IV in F i g. 3 entspricht und

F i g. 5 einen Querschnitt entsprechend der Linie V-V im unteren Teil von F i g. 4.

Der in Fig. 1 gezeichnete Hammer ist in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Sein Oberteil weist ein Rohr 2 auf, das einen Gewindestutzen als Anschlußteil 3 hat. An das Rohr 2 schließt sich unten ein Bohrmeißel 4 an, dessen Schaft 5 einen Verschleißschuh 6 halten.

Im Beispiel der F i g. 1 ist der Anschlußteil 3 mit einem Dämpfungskolben 7 einstückig, welcher Polygonprofil besitzt und in einem Dämpfungszylinder 13 von gleichem Profil formschlüssig gleitbar geführt ist. Der Dämpfungskolben 7 hat einen Durchlaß 8 und einen Rohransatz 9, der an seinem unteren Ende mit Radialauslässen 10 versehen ist. Ein Dichtungsbund 11 stützt in Axialrichtung ein Führungsband 12 ab, das beispielsweise aus Tetrafluorpolyäthylen besteht und für Leichtgängigkeit des Dämpfungskolbens 7 im Dämpfungszylinder 13 sorgt. Der Hub des Dämpfungskolbens 7 ist durch einen Anschlag 14 in einer Hubkammer 15 nach oben begrenzt. Nach unten wird die Hubbegrenzung durch einen Ringpuffer 16 bewirkt, der sich axial an einem Gehäuse 17 abstützt, das mittels einer Schraubverbindung 18 an dem Dämpfungszylinder 13 angebracht ist und den gleichen Außendurchmesser hat wie dieser. Der Innendurchmesser des Gehäuses 17 ist gegenüber dem Rohransatz 9 abgesetzt, so daß eine Druckfeder 19 Platz findet, die sich am Außenteil 21 eines Steuerzylinders 20 abstützt.

im oberen, nach innen zylindrisch einspringenden Teil 17a des Gehäuses 17 ist eine Aussparung 17i> vorhanden, welche den Durchtritt von Druckmittel aus den Radialauslässen 10 in jeder Stellung des Dämpfungskolbens 7 ermöglicht.

Der Außenteil 21 des Steuerzylinders 20 hat oben einen nach innen einspringenden Zylinderansatz 21a, dessen lichte Weite dem Außendurchmesser des Stüizrings 27 eines Steuerkolbens 28 entspricht welcher auf dem oberen Teil eines Steuerrohrs 32 gleitbar angeordnet ist. Letzteres hat stirnseitig eine Düse 34 und ist als fester Bestandteil des Steuerzylinders 20 mit Querbohrungen 33 versehen, welche in angehobener Stellung des Steuerkolbens 28 mit dessen Querbohrungen 29fluchten können.

Im Boden 23 des Steuerzynnders 20 sind Bohrungen 24 sowie eine ringförmige Ausnehmung 25 vorhanden, in der eine Druckfeder 26 sitzt, die mit ihrem oberen Ende an den Stützring 27 angreift Dadurch ist der Steuerkolben 28 mit seinem Flansch 30 in Anlage am unteren Ende äes Rohransatzes 3 gehalten, auch wenn der Dämpfungskolben 7 aus der gezeichneten unteren Endstellung aufwärtsfährt Der dann mit nach oben gehende Steuerkolbeji 28 tritt mit dfeiti Stützring 27 in fmen Rmgraam 31 innerhalb des einspringenden Zylinderansatzes 21a ein; in dieser (nicht gezeichneten) Stellung ist der Durchfluß von Drückmittel bis auf einen ideinen Nebenweg In^eT schspairaflelen. gegebenenfalls tegwefee oder ganz 'ssrechßeBbaren Seitendüse 22 am Außenumfang des Stützringes 27 unterbrochen.

Unterhalb des Bodens 23 hat der Steuerzylinder 2( einen Ventilsitz 35, an dem ein nach Art einei Tellerbüchse ausgebildeter Steuerkörper 36 zur Anlagt kommen kann, wenn er von dem Ventilauflager 38 eine: Haltekörpers 39 abgehoben ist. Ferner weist dei Steuerkörper 36 am Umfang seines Tellerteils ein« Anzahl von Aussparungen 76 auf, die außerhalb de! Ventilsitzes 35 eine Strömungsverbindung von ober

to nach unten ermöglichen, wenn der Steuerkörper 36 vor dem Ventilauflager 38 abgehoben ist.

Der Steuerzylinder 20 ragt mit einem Rohransatz 33 in den Haltekörper 39 hinein, dessen Obertei zylindrisch gestaltet ist und an einer Umfangsstelle (ir

ts Fig. la rechts) einen Seitenkanal 40 aufweist. Dei Haltekörper 39 ist einstückig mit einem Innenrohr 41 das vorzugsweise Polygonprofil hat und parallel zi einer Rückstau-Bohrung 42 eine Spülbohrung 42 aufweist, die mit dem Inneren des Steuerrohrs 32 ir Verbindung steht. Parallel zu dem Innenrohr 41 ist inOberteil des Haltekörpers 39 ein Druckmittel-Einlaß 44 angeordnet, der oben in eine an den Steuerkörper 3t anschließende Ringkammer 36a mündet. Während die Spülbohrung 43 mit einer Radialöffnung 46 versehen ist hat die Rückstau-Bohrung 42, die am unteren Ende durch einen Gewindestopfen 47 verschlossen ist, dori eine Radialöffnung 45.

Zwischen dem Innenrohr 41 und der Außenwand 4i des Rohrs 2 ist der Kopfteil eines Schlagkolbens 5( geführt der ein Durchgangsloch 51 von Polygonprofi aufweist. Ein Dämpfungsraum 48a mit einer Schulter 4S in der Außenwand 48 begrenzt den Weg des Schlagkolbens 50, der in Fig. Ib in seiner tiefster Stellung gezeichnet ist An wenigstens einer Umfangsstelle hat der Schlagkolben 50 eine beispielsweise als Längsschlitz oder -nut ausgebildete Aussparung 52, ar deren Oberteil eine öffnung 53 radial anschließt

Über eine Schraubverbindung 54 ist mit dem Außenrohr 48 eine rohrförmige Haltekappe 55 verbunden, die am Innen- und Außendurchmesser den darüber befindlichen Rohrteil ohne Abstufung fortsetzt. Im unteren Teil der Haltekappe 55 ist eine als Amboß-Anschlag wirkende Schulter 56 vorgesehen, die den Weg des Bohrmeißels 4 nach unten begrenzt

An den Kopf 57 des Bohrmeißels 4 schließt desser Schaft 58 an, der ebenso wie der innere Unterteil der Haltekappe 55 Polygonprofil aufweist und nahe seinem unteren Ende mit einer Ringnut 59 versehen ist. In diese greift ein vorzugsweise geteilter Haltering 63 ein, der zwischen einem Ringeinsatz 62 und einem mil Steckausnehmungen für ein Werkzeug versehener Gewindering 64 in der als Verschleißschuh 6 ausgebildeten Bohrkrone 61 gehaltert ist. Auch der Ringeinsatz 62 hat innen entsprechendes Polygonprofil, wie insbesondere Fig.2 erkennen läßt Arti Atißenumfang ist dei Haltering 62 nach Art eines Sperrads radial abgesetzt Ober Dämpfungseinlagen 70, die beispielsweise Steckkeile aus Polyurethan sein können, greifen die dadurcr gebildeten radialen Vordränge des Mn&einsatzes 62 an

θο zugeordneten Nasen 71 der Bohrkrone 6Ϊ an. Zur gedämpften Axialabfederung des Bohrmeißels 4 wirkt dessen unteres Ende mit (einem Purfeistück «5 zusammen, das ebenso wieder Bohrmeißelschaft 58 mil einem Zentraldurchlaß 60 versehen und am ÄuBenumfang von einer Anschlagscheibe «6 umfaßt ist Welche die Axialbewegung des BohrmeiÖelschafts 58 in der Bohrkrone 61 nach unten begrenzt.
Die Bohrkrone 61 ist 'ffiii %ülWt-ÜHi«ingen 63

609553/43;

versehen, welche an den Zentraldurchlaß 60 anschließen und in Vertiefungen münden, die mit in Fig. 10 gestrichelt angedeuteten Außennuten 68 in Verbindung stehen. Am Boden und an der angefaßten Bodenkante trägt die Bohrkrone 69 starr befestigte Hartmetalleinsätze in Form von Warzen 69, die über den Umfang bzw. die Bodenfläche vorzugsweise regelmäßig verteilt sind.

Die Arbeitsweise eines solchen Tieflochbohrhammers ist folgende: Durch die Bohrung 8 des Dämpfungskolbens 7 sowie durch die Düse 34 im Innenrohr 32 des Steuerzyliinders 20 gelangt ständig Druckmittel über die Bohrung 43, das Durchgangsloch 51 und den Zentraldurchlaß (50 sowie die öffnungen 67 an die Bohrlochsohle, so daß das während des Bohrvorganges erzeugte Bohrklein fortlaufend unter Druck ausgespült wird. Wenn der Dämpfungskolben 7, dessen Polygonprofil im Rohr 2 gepunktet angedeutet ist, mit seinen Radialauslässen 10 die Aussparung 176 nahe der gezeichneten unteren Stellung (Fig. la) erreicht hat, tritt Druckmittel in die zwischen dem Außenteil 21 und dem Steuerkolben 28 vorhandene Ringkammer 31 des Steuerzylinders 20 ein, strömt durch die Bohrungen 24 und den Innenraum des Steuerkörpers 36, verläßt diesen über die Ringkammer 36a und gelangt durch den Einlaß 44 in den Arbeitsraum oberhalb des Schlagkolbens 50. Letzterer wird dadurch abwärts bewegt, bis der Kopf des Schalgkolbens 50 im Dämpfungsraum 48a vor der Schulter 49 einen gleichgroßen Gegendruck aufgebaut hat. Zuvor trifft das untere Ende des Schlagkolbens 50 auf den Bohrmeißelkopf 57, welcher hierdurch in der Haltekappe 55 abwärts fährt und den Verschleißschuh 6 bzw. die Bohrkrone 61 nach unten bewegt. Da auch der Bohrmeißelschaft 58 in der Haltekappe 55 einerseits und in den Ringen 62, 64 andererseits mit gepunktet angedeutetem Polygonprofil geführt ist, erfolgt während sämtlicher Axialbewegungen auch drehende Mitnahme, wenn von einem (nicht gezeichneten) Bohrmotor über ein (gleichfalls nicht dargestelltes) Gestänge eine Drehbewegung auf den Bohrhammer 1 übertragen wird.

Durch den Aufprall des Verschleißschuhes 6 bzw. der Bohrkrone 61 auf die Bohrlochsohle federt der Bohrmeißel 4 nach oben zurück. Seine Aufwärtsbewegung kann sich auf den Schlagbolzen 50 übertragen, der sich unter diesem Stoß und/oder durch den Druckmittel-Rückstau im Dämpfungsraum 48a zunächst so weit abhebt, bis die öffnungen 45 und 52, 53 miteinander in Verbindung kommen. Der Druckmittelstau und die Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens 50 bewirken aber auch, daß der Steuerkörper 36 vom Ventilauflager 38 abgehoben und an den Ventilsitz 35 gedruckt wird. Gleichzeitig wird der Zustrom von Druckmittel zu dem Einlaß 44 und mithin zur Oberseite des Schlagkolbens 50 unterbrochen. Infolgedessen wirkt nun der volle Druck des Ober die Umfangsausnehmungen 76 an dem Steuerkörper 36 vorbeÜÜeßenden Druckmittels durch den Seitenkanal 40 und die Rückstau-Bohrung 42 auf die Unterseite des Schlagkolbens 50, so daß dieser weiter aufwärts fäEhrt und in seine Ausgangsstellung zurückgelangt Dania kann der nächste Arbeitstakt beginnen. ,: Statt dieses Vollast-Betriebes ist auch ein Teillast-Betrieb mögich, beispielsweise wenn der Bohrmeißel 4 unter dem Eigengewicht des Bohrhammers 1 einen schnelleren als den am Bohrgerät gerade eingestellten "^brschub erfährt und im Gestein keinen großen ^Widerstand vorfindet In diesem Falle wird der iDämpfungskoIben 7 bis an den Anschlag 14 nach oben zurückgezogen, und die Federbelastung des Steuerkolbens 28 hebt diesen an, bis sein Stützring 27 in den Ringraum 31 eingetreten ist und/oder bis der Flansch 30 an der Innendurchmesser-Stufe des Gehäuseteils 17a abdichtend zur Anlage kommt. Im ersteren Fall kann das im Durchlaß 8 anstehende Druckmittel weiterhin durch die Radialauslässe 10 und die Aussparung 176 abströmen; es fließt dann aber über die in dieser Stellung fluchtenden Querbohrungen 33 und 29 in das Innenrohr 32 und weiter in die Spülbohrung 43, so daß

ίο darin bei praktisch kurzgeschlossener Düse 34 der volle Betriebsdruck herrscht und die gesamte Druckmittelleistung für den Spülbetrieb eingesetzt wird. Eine solche verstärkte Druckmittelzufuhr ist beispielsweise zweckmäßig, wenn etwa die Einleitung von 6 mVmin unter 13 bar bei hartem Gestein nicht ausreicht und die Energie gesteigert werden muß, damit für die Bohrkleinspülung stets genügend Druckmittel zur Verfügung steht.

Auch wenn der Dämpfungskolben 7 hochgezogen ist und voller Spülbetrieb im Gange ist, wird durch die Seitendüse 22 am Stützring 27 noch für den Leerlaufbetrieb des Schlagkolbens 50 Druckmittel abgezweigt das durch die Bohrungen 24, den Innenteil des Steuerkörpers 36 und die Ringkammer 36a in den Einlaß 44 strömt, so daß die Oberseite des Schlagkolbens 50 beaufschlagt wird. Seine nachfolgende Aufwärtsbewegung geht in der oben geschilderten Weise mit Druckmittelunterstützung über den Weg 76, 40, 42, 45, 52,53 vor sich.

Die Betriebsweise des Bohrhammers 1 kann in einfacher Weise den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. So lassen sich Düsen 34 mit verschiedener Durchlaßweite einsetzen, wodurch das Ausmaß der Druckminderung bzw. der adiabatischen Expansion

nach Bedarf eingestellt werden kann. Auch die Seitendüse 22 kann ausgewechselt und gegebenenfalls verschlossen werden.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und vor allem der Standzeiten kann es ferner zweckmäßig sein, in den

Dämpfungsraum 48a und/oder an dem Amboß-Anschlag Dämpfungsringe einzulegen, welche die Bewegung der zugehörigen Kolben auch dann weich abfangen, wenn sich im Schwersteinsatz Abnutzungen eingestellt haben sollten, die eine verschlechterte Abdichtung der axialbewegten Teile zur Folge haben.

Eine abgewandelte und teilweise vereinfachte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrhammers ist in den F i g. 3 bis 5 dargestellt wobei Einzelheiten, die mit dem Ausführungsbeispiel von F i g. 1 und 2 im

wesentlichen übereinstimmen, zur Vereinfachung weggelassen sind.

Man erkennt aus F i g. 3 und 4, daß der Anschlußteil 3 nach Art der Befestigung von Gestängerohren zylindrisch derart ausgebildet sein kann, daß der Aufien-

durchmesser mit demjenigen des Bohrhammers 1 übereinstimmt Am Kopf des AnschluBteils 3 ist innen ein sich nach oben erweiterndes Konusgewinde 90 vorgesehen, an das sich der Durchlaß 8 anschließt Außen hat der Anschlußteil 3 «in Rillenprofil 9L dessen

Rillen vorzugsweise in regelmäßigen Umfangsabstän* den angeordnet sind und auch tiefer bzw. seharfer profiliert sein können, als in Fig. 3 gezeichnet Dieses RaHenprofn 91 kann in Verbindung mit Fang- und Brechvorrichtungen benutzt werdende ein formschiü*

siges Gegenprofil aufweisen und nach Art von BatjfceM' oder Greifern den Ansehlußteü 3 umfassen, wenn die Verschraubung mit emem<nicnt gezeichneten) Gestäfl* geronr bewerkstelligt oder gelöst werden solL Zostfe·

Hch hat der Anschlußteil 3 eine umlaufende Ringnut 92, in welche Klammern, Backen oder Segmente einer geeigneten Haltevorrichtung eingreifen können, um den Bohrhammer 1 zu tragen bzw. sein Eigengewicht abzufangen. S

Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der F i g. la kann der Anschlußteil 3 auch bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 in einen Dämpfungskolben übergehen, dessen Führung mit dem Außenrohr des Bohrhammers einstückig oder fest verbunden ist. Eine außerordentliehe Vereinfachung besteht jedoch darin, daß der Steuerteil, welcher im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel aus den Elementen 20 bis 47 besteht, hier entfallen kann.

An dem Innenrohr 93, das in nicht gezeichneter Weise in bezug auf das Außenrohr festgelegt ist, aber unter Umständen sogar mit dem Dämpfungskolben verbunden oder einstückig sein kann, sind nahe dem unteren, stirnseitig verschlossenen Ende radiale öffnungen 94 vorgesehen. Das Innenrohr 93 führt den Schlagkolben

95, wozu ein beispielsweise disharmonisches Polygonprofil (etwa vom Typ PC 4) vorhanden sein kann. Der Schlagkolben 95 hat eine Anzahl von Axialdurchlässen

96, die in Umfangsrichtung gegenüber einer entsprechenden Anzahl von Radialdurchlässen 97 versetzt sind. Diese münden in der gezeichneten untersten Stellung des Schlagkolbens 95 in einen ringförmigen Dämpfungsraum 78, welcher von einer Schulter 99 des Außenrohrs 98 nach unten begrenzt ist. Letzteres geht in Haltekappe 100 über, deren Schulter 56 einen entsprechenden Dämpfungsraum 77 für den Kopf 57 des Bohrmeißels 4 begrenzt. Der Bohrmeißelschaft 5 bzw. 58 hat ebenso wie die Haltekappe 100 gleichfalls Polygonprofil und ist von einem Durchlaß 60 zentral durchsetzt.

Wie man aus F i g. 5 erkennt, sind im gezeichneten Ausführungsbeispiel jeweils vier Axialdurchlässe 96 und vier Radialdurchlässe 97 zueinander versetzt in regelmäßigen Umfangsabständen vorgesehen. Es ist anzumerken, daß auch andere Gestaltungen der Durchlaß-Querschnitte, andere Verteilungen und andere Anzahlen entsprechender Kanäle erfindungsgemäß möglich sind.

Der mit Druckmittel beaufschlagte Schlagkolben 95 bewirkt im Betrieb durch den Andruck des Bohrmeißels 4 seine eigene Steuerung. Zunächst wird er unter dem Druck des in den Arbeitsraum außerhalb des Innenrohrs

93 einströmenden Druckmittels nach unten bewegt. Gegen Ende seines Hubes kommt eine Strömungsverbindung zwischen den Radialöffnungen 94 des Innenrohrs 93, den Radialdurchlässen 97 des Schlagkolbens 95 und dem Dämpfungsraum 78 zustande, so daß sich in diesem ein Gegendruck aufbaut, welcher die Bewegungsumkehr des Schlagkolbens 95 vorbereitet und unterstützt. Vorher trifft jedoch die Unterseite des Schlagkolbens 95 auf den Kopf 57 des Bohrmeißels 4, der dadurch abwärtsbewegt wird und seinerseits im Dämpfungsraum 97 eine Gasfederung hat. Wenn durch den Andruck der Bohrkrone 6 bzw. 61 und/oder durch den im Dämpfungsraum 78 aufgebauten Gegendruck der Schlagkolben 95 aufwärtsbewegt wird, so tritt vorübergehend eine Unterbrechung des Zustroms von Druckmittel durch die Axialdurchlässe 96 nach unten ein, bis die Radialöffnungen 94 des Innenrohrs 93 von dem vorbeigefahrenen Schlagkolben 95 freigegeben sind. Während der Spülbetrieb sofort weitergeht, bewirkt der dichtende Abschluß der unteren Mündungen der Axialdurchlässe 96, daß mittlerweile wieder der volle Betriebsdruck am Schlagkolben 95 wirksam wird so daß dieser einen neuen Arbeitstakt einleitet.

Zu erwähnen ist, daß zur Führung des Schlagkolbens 95 am Innenrohr 93 ein (der Deutlichkeit halber nicht dargestelltes) Polygonprofil vorhanden sein kann, doch ist es ebenso wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, füt die Führung des Schlagkolbens 95 kreiszylindrische Teile zu verwenden, wenn entsprechende Kanäle Umfangsausnehmungen jsw. vorhanden sind, die eine geeignete Steuerung ermöglichen.

Für die Gleitverbindung des Rohrs 2 mit dem Anschlußteil 3 und mit dem Bohrmeißel 4 ist nach dei Erfindung stets ein Polygonprofil vorgesehen. An der Dämpfungsräumen bzw. den zugeordneten Schultern der axialbeweglichen Teile können nach Bedarl Dämpfungseinlagen vorhanden sein, namentlich Ringe die in entsprechenden Ringnuten axialen Halt finden Ähnliche Dämpfungsstücke können gegebenenfalls auch zwischen der Haltekappe 55 bzw. 100 und dei Bohrkrone 61 bzw. dem Verschleißschuh 6 angeordnet werden; beispielsweise kann der Gewindering 64, dei sich zweckmäßig mit einem Bund an der Oberkante des Verschleißschuhes abstützt, eine Dämpfungseinlage tragen oder bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

Patentansprüche:

1. Zum Anschluß an ein Bohrgestänge vorgesehener Tieflochbohrhammer, welcher am unteren Ende einen Spülbohrungen, Vertiefungen und Hartmetall-Einsätze aufweisenden Bohrmeißel trägt und in welchem ein mit einem Durchgangsloch versehener Schlagkolben unter pneumatischem Antrieb mit vorgegebenem Maximalhub zwischen der zylindrisehen Außenwand und einem Innenrohr gesteuert auf und ab bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die kraftübertragenden axialbeweglichen Teile des Hammers (1) in einem Polygonprofil ausgebildet sind.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Schlagkolben (30) zentrisch unri formschlüssig sitzende Innenrohr (41) Polygonprofil hat, vorzugsweise disharmonisches PC4-ProfiL

3. Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) Luftdurchlässe aufweist, die je nach der Stellung des Schlagkolbens (50) von diesem versperrt bzw. freigegeben sind.

4. Bohrhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchlässe von zwei achsparallelen Bohrungen (42, 43) des Innenrohrs (41) mit seitlichen Öffnungen (45, 46) gebildet sind, wovon wenigstens eine (45) einer korrespondierenden Aussparung (52) in? Schlagkolben (50) zugeordnet ist

5. Bohrhammer nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Buhrungen (42, 43) nahe gegenüberliegenden Polygonkanten bzw. auf einem Hauptdurchmesser des Innenrohrs (41) angeordnet sind.

6. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (95) voneinander getrennte Axial- und Radialdurchlässe (96, 97) besitzt, mittels derer je nach der Stelbng des Schlagkolbens (95) Strömungsverbindungen zu korrespondierenden Ausnehmungen am Innen- und Außenrohr (93, 98) des Hammers (1) herstellbar sind.

7. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) mit den Antriebsteilen des Hammers (1) in Strömungsverbindung steht, insbesondere einerseits mittels Durchlässen mit einem am oberen Ende angeordneten Dämpfungskolben (7) und andererseits mit dem Bohrmeißel.

8. Bohrhammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmeißelschaft (58) als Bohrkrone einen auswechselbaren, zumindest in Axialrichtung elastisch gepufferten Verschleißschuh (61) gleitbeweglich trägt.

9. Bohrhammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschleißschuh (61) wenigstens einen Polygoneinsatz aufweist, dessen Außenteil am Umfang abgesetzt und durch Dämpfungseinlagen (70) in Umfangsrichtung abgepolstert ist.

10. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (7) einen zentralen Durchlaß (8) und an seinem unteren Ende radiale Auslässe (10) aufweist.

11. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (7) durch einen Ringpuffer (16) abgefedert ist, der sich axial an einem rohrförmigen Gehäuse (17) abstützt, das mit der Außenwand (48) des Hammers (1) verschraubl ist

IZ Bohrhammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (7) in einem mit dem rohrförmigen Gehäuse (17) verschraubten Zylinder (13) durch ein Führungsband (12) leichtgängig geführt ist

13. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestänge-Anschlußteil des Hammers (1) ein Konusgewinde (9) mit Umfangsaussparungen aufweist

14. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (41) fest mit einem Haltekörper (39) verbunden ist \v den ein koaxialer Steuerzylinder (20) ragt der einen Ventilsitz (35) für einen in dem Haltekörper (39) gleitbeweglich geführten Steuerkörper (36) trägt

15. Bohrhammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (36) nach Art einer Tellerbüchse gestaltet und/oder am Außenrand mit Umfangsaussparungen (76) versehen ist.

16. Bohrhammer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (39) in einem mit der Außenwand (48) verschraubten, den Steuerzylinder (20) führenden rohrförmigen Gehäuse (17) fest angebracht ist.

17. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 14 bis 16. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder (20) ein inneres, oben Querbohrungen (33) aufweisendes Steuerrohr (32) hat, auf dem ein federbelasteter Steuerkolben (28) gleitbar angeordnet ist, der unten korrespondierende Querbohrungen (29) besitzt und dessen Stirnflansch (30) an den Dämpfungskolben (7) anlegbar ist.

18. Bohrhammer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (28) einen Stützring (27) aufweist, durch den ein Ringraum (31) des Steuerzylinders (20) in der oberen Stellung des Dänipfungskolbens (7) abgedichtet ist.

19. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (39) einen seitlichen Einlaß (44) hat, der neben dem Innenrohr (41) ir.ündet, dessen eine Bohrung (43) mit dem Steuerrohr (32) in Verbindung steht, wobei die andere Bohrung (42) im Haltekörper (39) einen unter den Steuerkörper (36) führenden Seitenkanal (40) aufweist.

20. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen stirnseitigen Abschluß des Steuerrohrs (32) eine auswechsel- und/oder teilweise oder ganz verschließbare Düse (34) angeordnet ist.

21. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Außenteil (21) des Steuerzylinders (20) und/oder im Stützring (27) des Steuerkolbens (28) eine auswechsel- und/oder Teilweise oder ganz verschließbare Seitendüse (22) befindet.

22. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf des Schlagkolbens (50) und einer Schulter (49) der ihn führenden Außenwand (48) 'ein Dämpfungsraum (48a) vorgesehen ist.

23. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22. dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen dem Kopf (57) des Bohrmeißels (4) und einer Schulter (56) der ihn führenden Haltekappe (55) ein Dämpfungsraum (77) vorgesehen ist

24. Bohrhammer nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Dämpfungsraum (48a, 77) und/ode r zwischen axialbeweglichen, kraftübertragenden Teilen eine elastisch-nachgiebige Einlage angeordnet ist