DE2610619B2 - Vorrichtung zur Dämpfung des Rückschlags des Werkzeugeinsatzes eines Schlagwerkzeugs mit Kraftantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung des Rückschlags des Werkzeugeinsatzes eines Schlagwerkezeugs mit Kraftantrieb, wobei der Werkzeugeinsatz rückseitig an einem Verzögerungskolben abgestützt ist, welcher eine mit Druckfluid beaufschlagte Verzögerungskammer im Gehäuse werkzeugseitig axial begrenzt.

Bei bekannten derartigen Schlagwerkzeugen wird die Verzögerungskammer mit Druckluft beaufschlagt, wobei ein Rückschlagventil in der Druckluftleitung dafür sorgt, daß das Druckluftvolumen in der Verzögerungskammer während des Abfederns der Rückschläge als Druckgaskissen wirkt (vgl. US-PS 25 58 165). Um den bei der Kompression sehr steilen Druckanstieg in dem Druckgaskissen abzubauen, ist in einer anderen bekannten Ausführung anstelle des Rückschlagventils eine Drosselstelle in der Druckluftleitung vorgesehen (vgL DE-PS 7 34 207). In beiden Fällen sind die Dämpfungskolben einerseits unmittelbar den starken Druckschwankungen im vorderen Teil des Arbeitszylinders des Schlagantriebs und andererseits der ebenfalls schwankenden Vorschubkraft ausgesetzt Unter Berücksichtigung der Maße und der praktisch verfügbaren pneumatischen Drücke sowie der Kompressibilität des Druckgaskissens in der Verzögerungskammer ist

ίο erkennbar, daß sich bei den bekannten Werkzeugen die Dämpfungskolben ständig hin und her bewegen, und mit ihnen auch der Werkzeugstahl bzw. Adapter ständig relativ zum Gehäuse verschoben wird. Dabei gibt es keine Möglichkeit, die Bewegungen des Hammerkolbens des Schlagantriebs mit denen des Dämpfungskolbens zu synchronisieren. Entsprechend der wechselnden Stellung des Dämpfungskolbens trifft der Hammerkolben mal eher und mal später auf den Werkzeugstahl bzw. Adapter, was wiederum zur Folge hat, daß die übertragene Scblagenergie schwankt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunda, eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, deren Leistung von Veränderungen der Belastung durch die Vorschubkraft unabhängig ist.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verzögerungskammer mit Druckflüssigkeit gefüllt und über eine hydraulische Leitung ständig an einen Druckspeicher angeschlossen ist sowie die Kolbenfläche des Verzögerungskolbens und der Druckspeicher so ausgelegt sind, daß die durch die Druckflüssigkeit auf den Verzögerungskolben ausgeübte Kraft größer ist als die Vorschubkraft, wobei der Verzögerungskolben im Normalbcirieb der Vorrichtung in einer bestimmten vorderen Endstellung gehalten ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Maße und Materialien der einzelnen Teile des Werkzeugs sowie dessen Betriebsdaten so gewählt werden können, daß sie optimal aufeinander abgestimmi sind, wodurch bei geringsten Herstellungs- und Betriebskosten, optimalem Gewicht und größerer Arbeitsleistung die längste Lebensdauer erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil einer Gesteinsbohrmaschinc gemäß der F.rfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den hinteren Teil der Gesteinsbohrmaschine,

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Hydrauliksystems der Schlagbohrmaschine nach F i g. I und 2 mit angeschlossener hydraulischer Dämpfungsvorrichtung. Übereinstimmende Details sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die in der Zeichnung insgesamt mit 10 bezeichnete, beispielhaft dargestellte Gesteinsbohrmaschine setzt sich äußerlich zusammen aus einer vorderen Kappe 11, einem Deckel 12, einem Getriebegehäuse 13, einem mittleren Teil 14, einem Zylinder 15 und einer hinteren Kappe 16. Im Zylinder 15 gleitet ein Kolben 17, der aus einer zylindrischen Stange mit zwei einzelne Kolben bildenden Bereichen 18, 19 mit Kolbenflächen 20, 21 besteht. Der sich vom vorderen Kolbcnbercich 18 nach vorn erstreckende Bereich des Kolbens 17 ist in der Zeichnung mit 17a bezeichnet und der sich vom Kolbenbereich 19 nach hinten erstreckende Bereich des Kolbens 17 trägt das Bezugszeichen 17b. Der mittlere

Bereich der Stange zwischen den beiden Kolbenbereichen 18,19 ist mit ^bezeichnet

Der Kolbenbereich 17a dient dazu, auf einen Adapter 22 zu schlagen, der mit einem nich; gezeigten Bohrstrang verbunden wird. Im Getriebegehäuse 13 ist mittels Rollenlagern 24, 25 ein rotierend antreibbares Futter 23 gelagert, welches mit einer Verzahnung 26 versehen ist, die mit einem Zahnrad 27 in Eingriff steht Eine Mitnehmerbüchse 28 überträgt die Drehung des Futters 23 auf den Adapter 22, weicher darin undrehbar, aber axial verschieblich geführt ist Das vordere Ende des Adapters 22 ist in der vorderen Kappe 11 mittels einer Führungsbüchse 29 und eines Kugellagers 30 gelagert. Ober einen Spülkopf 31 wird einem gestrichelt angedeuteten zentralen Spülkanal im Adapter 22 Spülflüssigkeit zugeführt. Zwischen dem Spülkopf 31 und der Mitnehmerbüchse 28 ist ein Anschlagring 32 montiert. In den hinteren Bereich des Futters 23 ist eine Futterbüchse 33 eingesetzt, die einen Flansch 34 hat, mit dem sie an der hinteren Stirnfläche des Futters 23 anliegt.

Das genannte Zahnrad 27 ist auf eine Welle 35 aufgekeilt. Letztere ist in Büchsen 36 und 37 im Getriebegehäuse 13 gelagert Als Antrieb der Welle 35 dient ein am Zylinder 15 befestigter hydraulischer Motor 38.

Der Zylinder 15, der Kolbenbereich 170, die Kolbenfläche 21 des Kolbenbereichs 19 und die \ ordere Fläche einer dichtenden Kante 40 (Fig.3) begrenzen eine hintere ringförmige Druckkammer 39. Eine vordere ringförmige Druckkammer 43 wird in ähnlicher Weise begrenzt durch den Zylinder 15, den Kolbenbereich 17,7, die Kolbenfläche 20 des Kolbenbcreichs 18 und die hintere Fläche einer dichtenden Kante 44.

Über eine Versorgungsleitung 47 wird Druckflüssigkeit einem Verteilerventil in Form eines Schiebers 46 zugeführt. Mit der Versorgungsleitung 47 ist ständig ein Druckspeicher <8 verbunden. Dieser hat die Aufgabe, einerseits während des Arbeitshubs des Hammerkol· bens 17 einen plötzlich vergrößerten Üruckflüssigkeitsstrom abzugeben und andererseits eine bestimmte Menge Druckflüssigkeit aufzunehmen, bevor der Hanimerkolben aufgrund der Umsteuerung des Schiebers in den Endstellungen umkehrt. Die Versorgungsleitung 47 mündet in einer ringförmigen Einlaßkammer 49 im Zylinder des Verteilerventils, der außerdem zwei ringförmige Auslaßkammern 50, 51 hat, an die Rückleilungen 52, 53 angeschlossen sind. Diese Leitungen führen zu einem nicht gezeigten Sumpf, von welchem eine nichtgezeigte Verdrängerpumpe die Flüssigkeit wieder ansaugt, um diese über ein nicht gezeigtes Steuerventil als konstanten Druckflüssigkeitsstrom der Versorgungsleitung 47 zuzuführen. An die Rückleitungen 52, 53 ist ständig ein Druckspeicher 54 angeschlossen, der im System entstehende Druckstöße verhindern soll. Die Druckspeicher 48,54 bewirken eine Vcrgleichmäßigung des stark sehwankenden Bedarfs des Schlagmotors an Druckflüssigkeit während eines Schlagzyklus und gleichen außerdem die Druckspitzen aus.

Wenn sich der Schieber 46 gemäß F i g. 3 in seiner linken Endstellung befindet, wird über einem mal als Versorgungs- und mal als Abflußkanal dienenden Kanal 55 die hinlere Druckkammer 39 mil Druckflüssigkeit versorgt, während die vordere Druckkammer 43 über bi einen ebenfalls mal als Versorgungs- und mal als Abflußkanal dienenden Kanal 56 sowie die Rücklcitung 53 entleert wird. Wenn sich dagegen der Schieber 46 in der nicht dargestellten Endstellung befindet, wird der vorderen Druckka/nmer 43 über den Kanal 56 Druckflüssigkeit zugeleitet, während die hintere Druckkammer 39 über den Kanal 55 entleert wird.

Der Schieber 46 hat seitlich vorstehende Endbereiche 57, 58, auf deren Stirnflächen 59, 60 der Druck in Steuerkanälen 61,62 wirkt, die in der Zylinderwand des Hammerkolbens münden. Der Endbrxeich 57 hat außerdem eine ringförmige Kolbenfläche 63, auf die über einen Kanal 64 im Schieber 46 der Druck im Kanal 55 wirkt In entsprechender Weise ist auch der vorstehende Bereich 58 mit einer ringförmigen Kolbenfläche 65 versehen, auf die über einen Kanal 66 im Schieber 46 der Druck im Kanal 56 wirkt Die Kolbenflächen 63,65 stellen Haltekolben dar und haben deshalb eine kleinere Fläche als die Endflächen 59, 60, die als Kolbenflächen zum Verschieben des Ventilkörpers dienen. Der Raum zwischen den beiden Kolbenbereichen 18, 19 wird über eine Abflußleitung 74 entleert. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeweils einer der Steuerkanäle 61, 62 über den Kanal 74 entleert wird, während der andere der beiden Steuerkanäle mit Druckflüssigkeit versorgt wird.

Der Steuerkanal 61 hat vier Zweigleitungen, die axial versetzt in der Zylinderwand des Hammerkolbens münden. Einer dieser Zweigkanäle ist mit 61a bezeichnet. Einer oder mehrere dieser Zweigkanäle können mittels eines austauschbaren Regulierstopfens 67 verschlossen werden. Durch diese Anordnung kann der hintere Umkehrpunkt des Hammerkolbens 17 und dadurch der Kolbenhub verändert werden, so daß man unterschiedliche Schlagzahlen und unterschiedliche Schlagenergie erhalten kann.

Im mittleren Teil 14 der Gesteinsbohrmaschine ist ein Verzögerungskolben 68 verschieblich und drehbar geführt. Eine hintere Kolbenfläche 69 des Verzögerungskolbens 68 bildet eine bewegliche Begrenzungswand einer Verzögerungs- oder Pufferkammcr 70. Letztere wird rückseitig durch eine Fläche 73 im Maschinengehäuse begrenzt. Die Verzögerungskammer 70 steht mit der Versorgungsleitung 47 und dem Druckspeicher 48 über einen Kanal 71 in Verbindung. Die Vortriebskraft, welche auf die Gesteinsbohrmaschine 10 ausgeübt wird, wird über das in der Verzögerungskammer 70 eingeschlossene Druckflüssigkeitskissen auf den Bohrstrang übertragen. Es weiden die Kolbenfläche 69 des Verzögerungskolbens 68 und der Druckspeicher 48 so ausgelegt, daß die durch die Druckflüssigkeit in der Kammer 70 auf den Verzögerungskolbcn 68 ausgeübte Kraft die Vorschubkraft merklich übersteigt. Durch diese Dimensionierung wird erreicht, daß sich der Adapter 22 und somit das Arbeitswerkzeug immer in derselben Stellung befindet, wenn der Hammerkolben auf den Adapter trifft, und zwar unabhängig von Veränderungen der Vorschubkraft. Auch bei Meißelmaschinen, d. h. solchen Maschinen, bei denen das Arbeitswerkzeug nicht rotiert, ist eine derartige Vorspannung des eingeschlossenen Druckflüssigkeitskissens, welches als hydraulische Feder wirkt, oft vorteilhaft. Diese vorwärts gerichtete Kraft wird über den Flansch 34 der Büchse 33, das Futter 23 und das Drucklager 24 auf eine Fläche 72 im Deckel 12 übe'ragen.

Die vorstehend beschriebene Gesteinsbohrmaschine funktioniert wie folgt:

Es sei angenommen, daß sich der Schieber 46 in der Stellung nach Fig. 3 befindet, so daß die hintere Druckkammer 39 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt und

gleichzeitig die vordere Druckkammer 43 entleert wird. Es sei weiterhin angenommen, daß sich der Hammerkolben 17 gerade vorwärts bewegt. Der Regulierstopfen 67 verschließt die beiden linken Zweigleitungen des Steuerkanals 61. In der Stellung, in welcher sich der Hammerkolben 17 gemäß Fig.3 befindet, wird der Steuerkanal 62 über den Abflußkanal 74 entleert. Der Steuerkanal 61 ist über die vordere Druckkammer 43 entleert worden, bis der Kolbenbereich 18 die Zweigleitung 61a verschlossen hat. Der Schieber 46 wird sicher in seiner Stellung gehalten, weil der Druck im Kanal 55 auf die haltende, ringförmige Kolbenfläche 63 des Schiebers wirkt. Wenn sich der Hammerkolben 17 weiter vorwärts bewegt (mit bezug auf F i g. 3 nach links), wird der Steuerkanal 61 wieder geöffnet und nunmehr über den Abflußkanal 74 entleert. Wenn der Kolbenbereich 19 die öffnung des Steuerkanals 62 passiert hat, kommt dieser mit der hinteren Druckkammer 39 in Verbindung, so daß deren Druck über den Steuerkanal 62 an die Stirnfläche 60 des Schiebers gelangt. Dadurch wird dieser nun in seine nicht gezeigte rechte Endstellung verschoben, so daß die vordere Druckkammer 43 mit Druck beaufschlagt wird, während die hintere Druckkammer 39 entleert wird. Dies geschieht unmittelbar, bevor der Hammerkolben auf den Adapter 22 schlägt. Der Schieber 46 wird sicher in seiner rechten Endstellung gehalten, weil der Druck im Kanal 56 auf die ringförmige, haltende Kolbenfläche 65 des Schiebers wirkt. Der Steuerkanal 62 steht bereits mit dem Abflußkanal 74 in Verbindung, wenn die Kolbenfläche 20 des Kolbenbereichs 18 den Zweigkanal 61a des Steuerkanals 61 passiert, so daß der Druck in der vorderen Druckkammer über den Steuerkanal 61 auf die Stirnfläche 59 des Schiebers übertragen wird. Dadurch wird letzterer wieder in die in Fig.3 dargestellte linke Endstellung verschoben, wo er, wie vorstehend beschrieben, wegen des Flüssigkeitsdrucks auf die haltende Kolbenfläche 63 bleibt. Nunmehr wird von der Versorgungsleitung 47 Druckflüssigkeit der hinteren Druckkammer 39 zugeführt und der Hammerkolben 17 wegen des Flüssigkeitsdrucks auf die Kolbenfläche 21 verzögert. In dieser Phase nimmt der Druckspeicher 48 hydraulische Flüssigkeit aus der Druckkammer 39 auf, weil deren Volumen durch die Bewegung des Hammerkolbens 17 nach hinten verkleinert wird. Der Druckspeicher 48 wird aber auch während des ersten Teils des Arbeitshubs mit Druckflüssigkeit aufgefüllt. Erst wenn der Hammerkolben 17 diejenige Geschwindigkeit erreicht, welche dem zugeführten Flüssigkeitsstrom entspricht, beginnt der Druckspeicher 48 damit, der hinteren Druckkammer 39 Druckflüssigkeit zuzuführen, um so die Geschwindigkeit des Hammerkolbens 17 weiter zu vergrößern.

Wenn an der Gesteinsbohrmaschine 10 eine Vorschubkraft aufgebracht wird, wird der Adapter 22 gegen die Büchse 33 gedrückt. Letztere wird jedoch in der in F i g. 1 gezeigten Stellung gehalten, weil durch die erwähnte Dimensionierung die auf den Verzögerungskolben 68 in Vorwärtsrrichtung ausgeübte Kraft die Vorschubkraft übersteigt. Das Aufbringen der Vorschubkraft hat deshalb nur zur Folge, daß die

ίο Abstützfläche 72 entlastet wird.

Wenn während des Betriebs der Gesteinsbohrmaschine der Bohrstrang und der Adapter 22 vom Gestein zurückfedern, stößt der Adapter 22 gegen die Büchse 33. Die Rückschlag-Impulse werden auf den Verzögerungskolben 68 und weiter auf das in der Verzögerungskammer eingeschlossene Druckflüssigkeitskissen übertragen, welches somit als Rückschlag-Übertragungsglied dient. Mit dem Druckflüssigkeitskissen ist über die Flüssigkeitssäule im Kanal 71 der Druckspeicher 48 oder ein anderes geeignetes Federglied verbunden. Wenn die Stärke des Rückschlags einen bestimmten Wert übersteigt, werden die Büchse 33 und damit auch der Verzögerungskolben 68 vom Futter 23 weggedrückt. Durch diese Anordnung wird der Einfluß der Rückschläge auf die Gesteinsbohrmaschine 10 gedämpft. Wenn es zu solchen momentanen Abhebebewegungen der Büchse 33 vom Futter 23 kommt, gleicht der Druckspeicher 48 die im Flüssigkeitskissen auftretenden Druckspitzen aus. Der Adapter 22 und der Bohrstrang werden danach durch den Druck in der Verzögerungskammer 70 in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht, die von der Vorschubkraft unabhängig ist

Die Drehung des Futters 23 und des Adapters 22 wird durch die Büchse 33 auf den Verzögerungskolben 68 übertragen, wobei die Mitnahme zwischen der Büchse 33 und dem Verzögerungskolben 68 durch Reibung erfolgt. Das Druckflüssigkeitskissen in der Verzögerungskammer 70 bildet dabei ein Drucklager für den Adapter und den Bohrstrang.

Die Druckstöße, die in der Verzögerungskammer 70 entstehen, wenn der Verzögerungskolben vom Futter 23 weggedrückt wird, werden mittels des Druckspeichers 48 ausgeglichen. Um die auftretende Leckage zu kompensieren, ist die Verzögerungskammer 70 an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeilet der an die Versorgungsleitung 47 angeschlossene Druckspeicher gleichzeitig auch als Druckspeicher für die Verzögerungskammer 70. Deren Leckage wird somit durch Druckflüssigkeit aus der Versorgungsleitung 47 ausgeglichen. Diese Anordnung bedeutet, daß ein Druckspeicher eingespart wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Dämpfung des Rückschlags des Werkzeugeinsatzes eines Schlagwerkzeugs mit Kraftantrieb, wobei der Werkzeugeinsatz rückseitig an einem Verzögerungskolben abgestützt ist, welcher eine mit Druckfluid beaufschlagte Verzögerungskammer im Gehäuse werkzeugseitig axial begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskammer (70) mit Druckflüssigkeit gefüllt und über eine hydraulische Leitung (71) ständig an einen Druckspeicher (48) angeschlossen ist sowie die Kolbenfläche (69) des Verzögerungskolbens (68) und der Druckspeicher (48) so ausgelegt sind, daß die durch die Druckflüssigkeit auf den Verzögerungskolben (68) ausgeübte Kraft größer ist als die Vorschubkraft, wobei der VerzögeruHgskolbe.n (68) im Normalantrieb der Vorrichtung in einer bestimmten vorderen Endstelllung gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (48) an die Druckflüssigkeits-Versorgungsleitung (47) zum Schlagmotor (IS, 17) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem zusätzlichen Drehantrieb für das Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeit in der Verzögerungskammer (70) bei der Drehung des Werkzeugeinsatzes (22) ein Axiallager für diesen bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit einem dem Drehantrieb zugeordneten sowie drehfest und axial relativ verschieblich mit dem Werkzeugeinsatz in Eingriff stehenden Futter, welches vorderscitig sixial am Gehäuse abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Futter (23) ein Widerlager für die nicht auf das Werkzeug übertragene Kraft des Ver/.ögerungskolbens (68) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des Verzögcrungskolbens (68) über eine Flanschbüchse (33, 34) auf den Werkzeugeinsatz (22) und das Futter (23) übertragbar ist, wobei der Flansch (34) der Büchse (33) am Futter (23) anliegt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Verzögerungskammer (70) größer ist als der Durchmesser des Verzögcrungskolbens (68).