DE2635191B2

DE2635191B2 - Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine

Info

Publication number: DE2635191B2
Application number: DE762635191A
Authority: DE
Inventors: James R. Mayer; Dieter K. Palauro
Original assignee: Gardner Denver Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1979-03-01
Also published as: JPS5638758B2; GB1541315A; JPS5249903A; FR2328100B1; GB1541314A; FR2328100A1; DE2635191A1; AU498071B2; MX4040E; ZA762418B; AU1342476A; US3995700A; SE428713B; SE7606798L; SE458018B; DE2635191C3; CA1035245A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine mit einem in einer Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten Schlagkolben, der eine Steuernut aufweist, die die Hubbewegung des Schlagkolbens in Verbindung mit einem Verteilerventil steuert, das über einen Fließweg mit der Zylinderbohrung des Schlagkolbens in Verbindung steht, über den dem Verteilerventil von einer Hydraulikpumpe geliefertes Druckmittel zur Umkehr der Bewegung des Schlagkolbens zugeführt wird, wobei die Frequenz und die Schlagenergie des Schlagkolbens variierbar sind.

Es ist festgestellt worden, daß eine Gesteinsformation einer bestimmten Härte oder einer bestimmten Festigkeit mit einer hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine am wirkungsvollsten durchbohrt werden kann, d.h. mit der größten Bohrgeschwindigkeit für einen bestimmten Energieaufwand, wenn die Schlagenergie einen bestimmten Wert hat. Ein Bohrschlag mit zu geringer Energie verformt die Gesteinsformation, bewirkt jedoch kein wesentliches Aufbrechen des Gesteins. Das Arbeiten einer Gesteins-Schlagbohrmaschine mit zu geringer Schlagenergie führt zu einem sehr langsamen Eindringen und zu einem vorzeitigen Ausfallen von Bohrgestängeteilen sowie zu einem erheblichen Verlust der Energie, die für den Betrieb der Gesteins-Schlagbohrmaschine verbraucht wird.

Ist hingegen die Schlagenergie zu hoch, wird zwar ein Eindringen der Bohrmeißels bzw. ein Aufbrechen des Gesteins erfolgen, jedoch kann durch eine gewisse

elastische Druckverformung des Bohrgestänges und des Bohrmeißels, die durch den Schlag des Schlagkolbens bewirkt wird, nicht die gesamte Energie auf das Gestein übertragen werden, nachdem das erste Aufbrechen erfolgt ist, weil der Bohrmeißel nicht in fester Anlage an dem ungebrochenen Gestein bleibt Anstelle der Übertragung der gesamten Schlagenergie auf das Gestein wird ein zyklisches Zusammenpressen und Ausdehnen des Bohrgestänges bewirkt. Ist die Schlagenergie zu hoch, wird auch ein frühzeitiges Ermüden der Bohrgestängeteile und des Bohrmeißels eintreten und Energie vergeudet.

Es ist ferner beobachtet worden, daß ein Gestein einer bestimmten Druckfestigkeit eine bestimmte Energiemenge erforderlich macht, um ein Einheitsvolumen Gestein durch Schlagbohren aufzubrechen. Es folgt daraus, daß es beim Schlagbohren von Löchern runden Querschnitts mit Bohrmeißeln, die ein festes Verhältnis zwischen Schnittkantenlänge zu Meißeldurchmesser haben, erwünscht ist, einen festen Wert von Schlagenergie pro Einheit Meißeidurchmesser zum Bohren von Löchern verschiedener Größen in eine.- bestimmten Gesteinsart beizubehalten. In Abhängigkeit von der Lochgröße muß dementsprechend die gesamte Schlagenergie, die vom Schlagkolben auf den Bohrmeißel übertragen wird, so eingestellt werden, daß für eine bestimmte Lochgröße die erforderliche Schlagenergie zur Verfugung steht, die den besten Wirkungsgrad hat bzw. zur größten Eindringgeschwindigkeit führt

Eine Gesteins-Schlagbohrmaschine der vorbeschriebenen Art kann daher nicht nur zum Bohren von Löchern eines weiten Größenbereiches, sondern auch zum Bohren in verschiedenen Gesteinsarten vorteilhaft eingesetzt werden. Bekannte Gestein-Bohrmaschinen umfassen Regelvorrichtungen, die einen direkten Zugang zur Gesteins-Schlagbohrmaschine selbst erforderlich machen, um einen Wechsel der Hublänge und der Schlagfrequenz zu bewirken. Die bekannten Vorrichtungen erzeugen nur eine vorbestimmte Zahl von verschiedenen Frequenzen und Hublängen, von denen unter Umständen keine zum wirkungsvollen Bohren einer bestimmten Gesteinsart geeignet ist.

Ferner gestatten bei bekannten Gesteins-Bohrmaschinen, die hydraulisch wirken, die Änderungen in der Durchflußmenge und im Zuleitungsdruck, die durch Änderungen der Schlagkolben-Hublänge oder der Schlagfrequenz hervorgerufen werden, kein Arbeiten der Bohrmaschine mit einer im wesentlichen konstanten Menge der hydraulischen Leistungszuführung zur Bohrmaschine selbst, üadurch werden Verbesserungen der Eindringtiefe für eine bestimmte Gesteinsart bzw. eine bestimmte Lochgröße, die bei Anpassung der Schlagenergie erreicht werden könnte, nicht verwirklicht, weil die erforderlichen Änderungen im Druckmittelzufluß und im Druckmitteldruck nicht erreicht werden können. Ferner ist ein hydraulisches Schlagwerk (DE-AS 21 28 363) bekannt, bei dem eine Anzahl von Steueröffnungen vorgesehen ist, die durch einen manuell verschiebbaren und in jeder Stellung sicherbaren Steuerstift geöffnet oder verschlossen werden. Dieses bekannte Schlagwerk erfordert einen direkten Eingriff zur Veränderung der Frequenz und der Schlagenergie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Gtst^ins-Schlagbohrmaschine zu schaffen, bei der die Frequenz und die Schlagenergie de.·; .Schlagkolbens auf praktisch jeden Wert einstellbar ist, so daß die größte Eindringtiefe der Gesteins-Schlagbohrmaschine gewählt werden kann, ohne daß erne Vorgabe der erforderlichen Schlagenergieeinstellung für die Gesteinsart oder die Bohrlochgröße erfolgen muß.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Ventilglied, das in dem die Zylinderbohrung mit der Niederdruckleitung der Hydraulikpumpe verbindenden Fließweg angeordnet und zur Steuerung des Druckmitteldruckes in diesem Fließweg vorgesehen

ίο ist, durch einen das Ventilglied in die Schließstellung drückenden Steuerkolben und durch ein einstellbares Druckregelventil, das zwischen die Hochdruckleitung der Hydraulikpumpe und die den Steuerkolben lagernde Bohrung geschaltet ist, wobei der Steuerkolben mit Druck beaufschlagbar ist und über das Ventilglied der Druckmitteldruck in dem Fließweg, der die Zylinderbohrung des Schlagkolbens rwt dem Steuerventil verbindet und die Bewegung des Verteilerventils steuerbar sind.

Um der hydraulischen Gestein Schlagbohrmaschine eine im wesentlichen konstante Enerjiemenge in Form von hydraulischem Druckmittel veränderlichen Druckes und veränderlicher Durchflußmenge zuzuführen, ist, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Hydraujikpumpe eine Pumpe veränderlicher Verdrängung. Über die genannten Merkmale hinausgehende Einzelheiten zur Weiterbildung der hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen hydraulischen Gesteins-Schlagbohrmaschine sind in der Zeichnung dargestellt In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer verfahrbaren erfindungsgemäßen hydraulischen Gesteins-Schlagbohrma- schine;

Fig.2 einen Längsschnitt durch die hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung, die den Regelkreis des Gestein-Bohrsystems gemäß der Erfin dung zeigt,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Grundleistungscharakteristik der Hydraulikpumpe nach Fig.3 und

F i g. 5 und 6 Darstellungen eines anderen Ausfüh-

rungsbeispiels des Mechanismus zur Änderung der Hublänge des Bohrmaschinen-Kolbenhammers.

Das Gestein-Bohrsystem gemäß der Erfindung läßt sich für verschiedene Ausführungen von Bohrvorrichtungen einrichten. Eine typische Bohrvorrichtung, die zur Verwendung mit dem verbesserten Gestein-Bohrsystem geeignet ist, ist in F i g. I dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die Bohrvorrichtung 10 weist ein se'bstfahrendes Räder-Fahrgestell 12 auf, auf dem ein beweglicher Ausleger bzw. eine Lafette 14 gelagert ist.

Ein Gestein-Bohrmaschinen-VorschubsupOort 16 ist am entfernten Ende der Lafette 14 angelenkt. Ein geeigneter Mechanismus wie einige Stellglieder 18, 20 und 22 in Hydraulikzylinderausführung sind betätigbar, um die Position des Vorschubsupports zu bestimmen, so daß Löclier in verschiedene Richtungen gebohrt werden können. Eine hydraulische Gest.ein-Schlagbohrmaschine 24 sitzt verschiebbar auf dem Vor jchubsupport 16 und ist mit einem geeigneten Mechanismus (nicht dargestell) verbunden, um ein Schlagbohrgestänge 26 und einen Bohrmeißel 26 in bezug auf den Vorschubsupport vorzufahren und zurückzufahren. Das Bohrgestänge 26 kann aus einer oder mehreren langen Hohlstangen oder Rohren zusammengesetzt sein und ist in

geeigneter Weise mit einem Glied gekuppelt, das in der Bohrmaschine 24 sitzt und das in der Lage ist, auf das Bohrgestänge Schläge zu übertragen. Der Bohrmeißel 28. der mit dem Bohrgestänge 26 gekuppelt ist, kann in herkömmlicher Schlagmeißelausführung vorgesehen sein und mit mehreren Hartmetalleinsätzen bestückt sein, die keilförmig sind, um Schnittkanten zu bilden, die auf die Gesteinsfläche schlagen. Geeignete Führungen 30 und 32 sind am Vorschubsupport 16 zum Führen des Bohrgestänges 26 in bekannter Weise vorgesehen.

Hydraulikflüssigkeit wird zu der und von der Bohrmaschine 24 durch flexible Leitungen oder Schläuche geleitet, die in einem Kreis mit Regelventilen und anderen Hilfsvorrichtungen geschaltet sind, zu dem ein am Fahrgestell 12 sitzender Speicher gehört. Die Schläuche sind in geeigneter Weise durch einen flexiblen Schuh 34 abgestützt. Hydraulikflüssigkeit mit veränderlichem Druck und mit veränderlicher Durchflußrate wird zum Antreiben der Bohrmaschine 24 durch eine Pumpe 36 geliefert, die von einem Elektromotor 38 angetrieben wird, der auf dem Fahrgestell 12 sitzt. Der Motor 38 ist ferner treibend mit einer zweiten Pumpe 40 verbunden, um Hydraulikflüssigkeit für die Betätigung der Stellglieder 18, 20 und 22 und des Vorschubmechanismus für die Bohrmaschine 24 zu liefern. Der Betrieb der Bohrvorrichtung 10 mit der Bohrmaschine 24 wird durch eine Bedienungsperson von einer Station 42 aus auf dem Fahrgestell 12 gesteuert.

In Fig. 2 ist die Bohrmaschine 24 im Längsschnitt dargestellt, um Einzelheiten des Schlagmechanismus darzustellen. Die Bohrmaschine 24 sitzt auf einem Schlitten 44. der gleitend auf dem Vorschubsupport 16 sitzt.

Die Bohrmaschine 24 ist durch ein Hauptgehäuse bestimmt, das in zwei trennbaren Teilen 46 und 48 gebildet ist. die in der vorgesehenen Lage zwischen Endkappen 50 und 52 durch geeignete lange Schrauben 54 gehalten sind, von denen eine gezeigt ist. Der Gehäuseteil 48 lagert drehbar ein schlagaufnehmendes Glied 56. das mit dem in F i g. 1 gezeigten Bohrgestänge in bekannter Weise gekuppelt ist. Das Glied 56 weist eine Querfläche 58 auf, die so sitzt, daß wiederholte Schläge von einem langen Kolbenhammer 66 aufgenommen werden, der nachstehend zu beschreiben sein wird. Ein Rotationsmotor 60, der an der Endkappe 52 sitzt, ist treibend mit dem Glied 56 durch einen langen Antriebeschaft 62 und ein geeignetes Drehzahluntersetzungsgetriebe verbunden, das im Gehäuseteil 48 sitzt. Das Glied 56 wird vom Motor 60 in Drehung versetzt, um das Bohrgestänge und den Bohrmeißel in Drehung zu versetzen.

Der Gehäuseteil 46 weist eine zylindrische Längsbohrung 64 auf, in der der Kolbenhammer 66 hubbewegbar sitzt. Der Hammer 66 hat zwei entgegengesetzt zeigende querliegende Druckflächen 68 und 70 und eine Ringnut 72, die auch in F i g. 3 gezeigt ist. Die Querschnittsfläche der Druckfläche 70 ist größer als die Querschnittsfläche der Fliehe 68. Der Hammer 66 ist durch zwei im Abstand angeordnete Lager 74 und 76 gelagert, die im Gehäuseteil 46 sitzen und geeignete Enddichtungen aufweisen.

Die Bohrmaschine weist ferner zwei gasgefüllte Akkumulatoren 78 und 80 in einer Ausführung mit flexibler Membrane auf. Der Akkumulator 78 weist eine Kammer 82 auf, die mi! einer Quelle Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck durch geeignete Fließwege innerhalb des Gehäuseteils 46 verbunden ist. Der Akkumulator 80 weist eine Kammer 84 auf,die mit einet Niederdruck-Rückleitung 88 in Verbindung steht welche schematisch in F i g. 3 dargestellt ist. Die Positionen der Akkumulatoren 78 und 80 in bezug aiii den Hydraulikkreis der Bohrmaschine sind ebenfalls ir F i g. 3 gezeigt.

Der Gehäuseteil 46 weist im Abstand angeordnete Ringnuten 90,92,94, % und 98 auf, die in die Bohrung 64 öffnen. Ein Kanal 100 führt von der Akkumulatorkam

K) mer 82 zur Nut 90 und leitet unter hohem Drucli stehendes Hydraulikmedium in die Bohrung 64, urr ständig die Druckfläche 68 zu beaufschlagen, wenn die Bohrmaschine läuft. Wenn sich der Hammer 66 in der ir F i g. 2 gezeigten Schlagposition befindet, steht die Ringnut 72 im Hammer auch mit der Nut 92 ir Verbindung, um Hochdruckflüssigkeit dorthin zu leiten.

Die Bohrmaschine 24 weist ferner ein druckmittclbe

tätigtes Mediumverteilerventil 102 auf, das in einer Querbohrung 104 im Gehäuseteil 46 zwischen der Akkumulatoren 78 und 80 sitzt. Das Ventil 102 weisi einen hohlzylindrischen Steuerkolben auf, der se angeordnet iM, daß er hydraulisch verstellt werden kann, um Medium zu der und aus der Nut 98 und der Partie der Bohrung 64 zu leiten, die damit in Verbindung steht, und dabei besteht auch eine Verbindung mit der Druckfläche 70. Wenn Hochdruckmedium der Nut 98 zugeleitet wird, bewirkt eine auf die Fläche 70 wirkende Druckkraft eine Beschleunigung des Hammers 66, um einen Scirfag auf das Glied 56 auszuüben. Wenn die Nut 98 zur Niederdruck-Rückleitung 88 durch das Ventil 102 entlastet wird, führt der auf die Fläche 68 wirkende Mediumdruck den hammer in eine Position zurück, in der Hochdruckmedium erneut der Nut 98 bei Verstellung des Ventils zugeleitet wird.

Die Arbeitsweise des Ventils 102 und des Hammers 66 zusammen mit Mitteln zur Änderung der Schlagenergie, die von Hammer auf das Glied 56 übertragen wird, wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Obgleich das Ventil 102 in der Bohrmaschine 24 zur Bewegung in Richtung quer zur Lage und Bewegung des Hammers angeordnet ist, ist das Ventil in F i g. 3 schematisch im Längsschnitt dargestellt, um ein Verständnis seiner Funktion zu erleichtern. Fig. 3 zeigt auch den Mechanismus zur

■»5 Änderung des Arbeitshubs und der Schlagenergie des Hammers 66, und dieser Mechanismus sitzt in einer Partie 106 des Gehäuseteils 46. die auch in Fig. 2 gezeigt ist.

Das Ventil 102 weist querliegende Druckflächen 108 und 110 auf, die von Hochdruckmedium beaufschlag! werden können, um das Ventil in die in F i g. 3 gezeigte Position zu bewegen. Die gesamte Querschnittsfläche der Flächen 108 und 110 ist größer als die Querschnittsfläche einer entgegengesetzt gerichteten Druckfläche

112. Die Querschnittsfläche der Druckfläche 112 isl jedoch größer als die Querschnittsfläche der Druckflä ehe ! 10. Hochdruckmedium unter dem Zuleitungsdruck zur Bohrmaschine wird zum Ventil durch eine Leitung 114 und durch Kanäle 116 und das hohle Innere Hi geleitet, um ständig die Flächen 110 und 112 zu beaufschlagen. Demgemäß wird das Ventil 102 in eine Position bewegt in der Bohrung 104, die der in Fig.2 gezeigten Position entgegengesetzt ist, wenn die Fläche 108 von einem nicht ausreichenden Druck beaufschlag!

wird, der zusammen mit dem Druck, der die Fläche HC beaufschlagt, die Kraft überwinden kann, die durct Druck auf die Fläche 112 bewirkt wird. Umfangsnutei 120 und 122 wirken mit einer Ringausnehmung 124 an

Ventil 102 zusammen, um Druckmittel von der Zuleitung 114 zur Nut 98 zu leiten, um die Fläche 70 zu beaufschlagen, wenn das Ventil in die Position entgegengesetzt zu der verschoben wird, die in F i g. 3 gezeigt ist. In der in Fig. 3 gezeigten Position des ^r) Ventils 102 werden die Nuten 122 und 126 in der Bohrunp 104 mit einander durch die Ausnehmung 124 in Verbindung gesetzt, und Druckmedium wird aus der Kammer abgeleitet, die durch die Nut 98 gebildet ist, und zwar zur Niederdruckrückleitung 88. Die Nut 90 in der Bohrung 64 steht ständig mit Hochdruckmedium in Verbindung, das durch die Nut 120 zugeleitet wird, die das Ventil 102 umgibt, und die Nut 96 in der Bohrung 64 steht ständig mit der Niederdruck-Rückleitung 88 durch die Nut 126 in Verbindung.

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, weist die Partie 106 des Gehäuseteils 46 eine Bohrung 130 auf, in der Mittel zur Steuerung der Verschiebung des Ventils 102 aus der dargestellten Position sitzen, in der Druckmittel der Nut 98 zugeleitet wird. Die Steuerung des Verschiebens des 2" Ventils 102 zum Einleiten von Druckmittel in die Nut 98 hat den Effekt, den Schlaghub des Hammers 66 und auch die Schlaggeschwindigkeit zu verändern. Demgemäß kann die Schlagenergie dadurch geregelt werden, daß die Hammerhublänge mit der Bohrmaschine 24 in Kombination mit dem in F i g. 3 gezeigten Bohrsystem geändert wird.

Die Bohrung 130 enthält einen zweiteiligen Stöpsel 132 mit einem Kanal 134 in Verbindung mit der Nut 94 durch einen Fließweg 95. Ein Sitz ist an einem Ende des Kanals 134 gebildet, gegen den sich ein bewegliches Ventilverschlußglied 136 legt, das eine querliegende Druckfläche 138 hat. Die Nut 98 im Gehäuseteil 46 steht mit einer vergrößerten Bohrung 140 in Verbindung, in der das Verschlußglied sitzt. Die Bohrung 140 enthält ferner einen Kolben 142 und eine Schraubfeder 144 zwischen dem Kolben und dem Verschlußglied 136. Hydraulikflüssigkeit wird durch einen Fließweg 146 zugeleitet, um den Kolben 142 zu beaufschlagen, damit das Verschlußglied in die in Fig.3 gezeigte Sitz- bzw. Schließposition gedruckt wird.

Der Druck des Mediums, das dem Kolben 142 zugeleitet wird, kann durch einen Druckregler 150 geändert werden, der ein Betätigungsglied in der Form eines Druckeinstellhebels 152 hat. Der Druckregler 150 erhält Hochdruckmedium von der Ableitung 114 der Hydraulikpumpe 36, die auch Hydraulikflüssigkeit liefert, um den Hammer 66 in Hubbewegung zu versetzen. Der Druckregler 150 sitzt vorteilhafterweise an der Bedienungsstelle 42 zum wahlweisen Einstellen durch die Bedienungsperson der Bohrmaschine. Der Regler 150 ist in bekannter Ausführung vorgesehen und sorgt für einen reduzierten Druck mit einem konstanten Wert, der von der Einstellung des Einstellhebels 152 abhängt.

Die Grundarbeitsweise des Bohrsystems gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme sowohl auf F i g. 2 als auch auf F i g. 3 beschrieben. Wenn der Hammer 66 die in Fig.2 gezeigte Schlagposition erreicht, wird die Nut 92 durch die Nut 72 im Hammer in ^M Verbindung gesetzt, und Hochdruckmedium wird zu einer Kammer 154 geleitet, um die Druckfläche 102 zu beaufschlagen, wodurch das Ventil 102 in die in F i g. 3 gezeigte Position verschoben wird. In der in Fig.3 gezeigten Position wirkt auf die Druckfläche 70 am Hammer 66 der Niederdruck in der Rückleitung 88 ein. Demgemäß bewegt das Hochdruckmedium, das ständig auf die Fläche 68 einwirkt, den Hammer gemäß der Darstellung in Fig. 2 und 3 nach rechts. Mit dem Wandern des Hammers 66 durch den Rückhub wird das Ventil 102 in der in F i g. 3 gezeigten Position durch Druckmedium gehalten, das in der Kammer 154 und im Fließweg 158 eingeschlossen wird, während sich der Kanal 72 des Hammers außer Verbindung mit der Nut 90 bewegt.

Mit der weiteren Bewegung des Hammers 66 nach rechts während des Rückhubs bewegt sich die Nut 72 in eine Verbindung mit der Nut 94, und der Druck des Mediums in der Kammer 154 und im Fließweg 158 wird zum Beaufschlagen der Fläche 138 des Verschlußglieds 136 übertragen. Der die Fläche 112 des Ventils 102 beaufschlagende Mediumdruck bewirkt, daß das Ventil mit einer Verlagerung nach links gemäß der Darstellung in Fig. 3 beginnt, wenn der die Fläche 138 beaufschlagende Mediumdruck ausreichend hoch wird, um das Verschlußglied 136 zu öffnen. Wenn sich das Ventil 102 verschoben hat, um die Hochdruckleitung 114 mit der Nut 98 in Verbindung zu setzen, beaufschlagt Hochdruckmedium die Fläche 70, um zu bewirken, daß der Hammer zur Ruhe kommt und dann in die entgegengesetzte Richtung (nach links) im Schlaghub beschleunigt wird. Unmittelbar vor dem Schlagen gegen das Glied 56 gelangt die Nut 72 in Verbindung mit der Nut 90, und Hochdruckmedium wird erneut der Kammer 154 zugeleitet, um zu bewirken, daß sich das Ventil 102 in die in F i g. 3 gezeigte Position verschiebt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann durch Regulierung des Mediumdrucks, mit dem der Kolben 142 beaufschlagt wird, und dadurch wird die Kompression der Feder 144 bestimmt, die Bewegung des Verschlußglieds 136, um den Druck in der Kammer 154 zu reduzieren, geregelt werden, und damit kann eine Verschiebung des Ventils 102 geändert werden, und zwar in bezug auf die Position des Hammers 66. Wenn der Druck, mit dem der Kolben 142 beaufschlagt wird, auf den Zudruck erhöht wird, öffnet sich das Verschlußglied 136 nicht, und das Ventil 102 wird nur verschoben, nachdem die Nut 72 im Hammer die Nuten 92 und 96 in Verbindung miteinander setzt, und das Ergebnis ist eine maximale Hammerhublänge und eine größere Geschwindigkeit beim Schlag. Entsprechend kann eine im wesentlichen stufenlose Regelung der Hublänge und der Schlagenergie, die vom Hammer geliefert wird, durch die Zeitregelung der Verschiebung des Ventils 102 erreicht werden. Wenn das Ventil 102 sehr kurz nach dem Beginn der Verbindung der Nut 92 mit der Nut 94 verschoben wird, ist die Hammerhublänge kurz, und die Hammergeschwindigkeit beim Schlag wird verringert. Deshalb ist auch die Schlagenergie relativ gering. Wenn der Hammerhub kurz ist, ist die Geszmtzeit zum Durchlaufen eines Schwingtakts gering, und die Schwingfrequenz und der Aufprall können erhöht werden. Wenn umgekehrt der Hammerhub relativ groß ist, nimmt die Schlagfrequenz ab. Die Gesamtenergierate, die auf das Bohrgestänge und den Meißel übertragen wird, kann jedoch im wesentlichen konstant bleiben, und die Schlagenergie pro Schlag des Hammers 66 kann geregelt werden, um für die größte Eindringrate entsprechend der Gesteinsart und dem Bohrmeißel zu sorgen.

Es ist bei hydraulisch betriebenen Schlagbohrmaschinen der hier beschriebenen allgemeinen Art festgestellt worden, die insbesondere auch durch ein verschiebbares Ventil zum Bewirken eines Schwingens des Kolbenhammers bestimmt sind, daß dann, wenn die Bohrmaschine mit progressiv kleiner werdenden Hammerhublängen

beirieben wird, der Widersland gegen ein Fließen des Arbeitsmediums durch die Bohrmaschine relativ zu den Strömungsverhältnissen bei dem Arbeiten mit größeren Hublängen zunimmt. Das führt zu einen höheren Betriebsdruck für eine bestimmte Eingangsfließrate des Arbeitsmediums. Um für einen Betrieb der Bohrmaschine mit maximal zulässiger Leistung zu sorgen und zu verhindern, .laß in die Bohrmaschine eine zu hohe Eingangsleistung eingegeben wird, ist es deshalb wünschenswert, den Durchfluß und den Druck des hydraulischen Arbeitsmediums so zu regulieren, daß eine konstante Rate des Mediumenergieeingangs zur Borhmaschine aufrechterhalten wird.

Es ist im Rahmen der Erfindung festgestellt worden, daß die von einer Bedienungsperson vorgenommene Regulierung der Mediumzuflußrate zur Bohrmaschine bei der Änderung der Hammerhublänge schwierig ist und sehr viel Zeit erfordert und häufig nicht zu vprhnssrrtpn Rohrra'.cn führ!. Pas ist '.!er FaH, >"?il <?« bei der Änderung der Hublänge erforderlich ist, nach der Kombination von Mediumdruck und Durchflußrate zu suchen, die den gewünschten Leistungseingang zur Bohrmaschine erbringt, welche zur schnelleren Bohrrate führt, nach der gestrebt wird, indem die Hammerschlagenergie geändert wird. Entsprechend ist es sehr erwünscht, eine Druckmittelquelle zu haben, die automatisch geregelt wird, um einen konstanten Mediumleistungseingang zur Bohrmaschine liefern zu können, unabhängig von der Änderung in der Hammerhublänge.

Bei dem Gesteinbohrsystem nach F i g. 3 wird die Eingangsmediumleistung zur Bohrmaschine so reguliert, daß sie im wesentlichen konstant ist, und zwar durch eine besondere Art von Hydraulikpumpe mit veränderlicher Verdrängung. Diese Pumpe weist Regelungen auf, die die Durchflußrate automatisch entsprechend Änderungen im Abgabedruck regulieren, der auftritt, während die Hublänge des Bohrmaschinenhammers eingestellt wird. Obgleich verschiedene Arten von Pumpen und Regelungen dafür eingerichtet werden können, um automatisch Medium unter einer im wesentlichen konstanten Leistung zuzuleiten, handelt es sich bei der in Fig.3 gezeigten Pumpe um eine Ausführung, die mit einer Konstantleistungs-Steuereinrichtung ausgerüstet ist, die an der Pumpe sitzt und durch die Bezugszahl 37 gekennzeichnet ist.

Die in F i g. 4 gezeigte graphische Darstellung zeigt die Grundleistungscharakteristik der Pumpe 36 an. Die Abszisse der Kurve ist mit V bezeichnet und stellt den größer werdenden Ausgangsmediumvolumenfluß der Pumpe 36 dar. Die Ordinate ist mit P bezeichnet und stellt einen größer werdenden Abgabemediumdruck dar. Die Linie 168 gibt eine Linie im wesentlichen konstanter Mediumleistung wieder, die von der Pumpe 36 abgegeben wird. Die Pumpe 36 kann an irgendeinem Punkt an der Linie zwischen dem Punkt 170 der maximalen Volumenverdrängung und dem Punkt 172 maximalen Drucks arbeiten, wie das durch die eingebaute Steuereinrichtung 37 bestimmt wird, die für die betreffende Pumpe vorgesehen ist, die hier beschrieben worden ist.

In dem schematischen Regelkreis nach F i g. 3 sind die herkömmlichen Bauteile wie Wärmeaustauscher, der Pumpenauffüllkreis und Ableitungen von der Pumpe 36 und das Regelventil 150 weggelassen worden, fm die Dinge klarer und übersichtlicher zu machen. Druckmedium wird aus der Pumpe 36 durch den Fiießweg 114 abgeleitet der die Bohrmaschine 24 und das Regelventil 150 versorgt. Aus der Bohrmaschine 24 abgegebenes Medium wird durch die Rückleitung 88 zur Pumpe zurückgeleitet, und diese Leitung wird in bezug auf den Abgabedruck der Pumpe auf einem niedrigen Druck gehalten.

Eine Alternativausführung des Mechanismus zur Regelung der Bewegung des Mediumverteilerventils 102 ist in Fig. 5 und 6 gezeigt. Fig. 6 ist ein Längsschnitt im wesentlichen in der gleichen Ebene wie

in die Ansicht der in F i g. 3 gezeigten Bohrmaschine. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6 weist einen Gehäuseteil 174 auf, der dem Gehäuseteil 46 entspricht, und zwar im wesentlichen in jeder Hinsicht, außer was besonders angegeben ist. Der Gehäuseteil 174 weist mehrere Kanäle 175 auf, die in die Bohrung 64 zwischen den Ringnuten 92 und 96 öffnen. Die Kanäle 175 sind in gestaffelter Weise in bezug auf die Längsachse der Bohrung 64 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 weist außerdem einen Gehäuseteil 178 auf, der abnehmbar am Gehäuseteil 174 befestigt ist und eine abgestufte Bohrung 180 aufweist, die an gegenüberliegenden Enden durch Gewindestöpsel 181 und 184 verschlossen ist. Der abnehmbare Gehäuseteil 178 weist ferner mehrere Kanäle 176 auf, die in die Bohrung 180 öffnen und die mit den betreffenden Kanälen 175 in einer Flucht liegen. In Fig. 5 sind bestimmte Einzelteile weggelassen worden, und ein Teil des Gehäuseteils 178 ist weggebrochen, um die gestaffelte Anordnung der Kanäle 175, 176 zu zeigen. Wie in F i g. 5 und 6 gezeigt ist, steht die Nut 96 mit der Bohrung 180 und den Kanälen 175,176 in Verbindung. Ein abgestufter Kolben 182 sitzt in der Bohrung 180 und ist in die in Fig.6 gezeigte Position durch eine Schraubenfeder 185 gespannt. Der Kolben 182 weist an dem einen Ende einen einstückigen Vorsprung 183 auf, der die Bewegung des Kolbens zum Stöpsel 181 hin begrenzt und die Feder 185 führt. Der Kolben 182 weist ferner zum anderen Ende eine querliegende Fläche 186 auf.

■to Der Fließweg 146, der vom Regler 150 kommt, ist so angeschlossen, daß Druckmedium geleitet wird, um die Kolbenfläche 186 zu beaufschlagen. Mit dem Einleiten von Druckmedium zum Beaufschlagen der Kolbenfläche 186 unter veränderlichem Druck, wie das durch den Druckregler 150 bestimmt wird, kann der Kolben 182 so bewegt werden, daß einer oder mehrere der Kanäle 175, 176 bedeckt werden, um damit die Verbindung von Druckmedium in der Kammer 154 und im Fließweg !58 zur Nut 96 entsprechend der Position der Regelkante 73

so am Kolbenhammer 66 zu bestimmen. Die Kanäle 175, 176 befinden sich in einer solchen Anordnung, daß das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6 auch für eine im wesentlichen stufenlose Regelung der Hammerhublänge und der Schlagenergie sorgt. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels nach F i g. 5 und 6 zur Regelung der Bewegung des Ventils 102 besteht darin, daß der Beginn der Bewegung des Ventils verzögert wird und die Gesamtzeit zum Verschieben des Ventils, nachdem die Bewegung einmal eingeleitet ist, etwas schneller als bei der Ausführung nach Fig.3 ist. Eine schnellere Bewegung des Ventils 102 neigt dazu, ein Lecken von Hochdruckmediurn aus der Nut 120 über die Nut 122 zur Niederdrucknut 126 im Ventil zu verhindern. Ferner kann auch ein schnelleres Verschieben des Ventils 102 aus der in F i g. 3 gezeigten Position dazu neigen, die im Akkumulator 78 gespeicherte Energie zu erhöhen, die während der Phase der Arretierung der Bewegung des

. Hammers 66 während seines Rückhubs absorbiert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine mit einem in einer Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten Schlagkolben, der eine Steuernut aufweist, die die Hubbewegung des Schlagkolbens in Verbindung mit einem Verteilerventil steuert, das über einen Fließweg mit der Zylinderbohrung des Schlagkolbens in Verbindung steht, über den dem Verteilerventil von einer Hydraulikpumpe geliefertes Druckmittel zur Umkehr der Bewegung des Schlagkolbens zugeführt wird, wobei die Frequenz und die Schlagenergie des Schlagkolbens variierbar sind, gekennzeichnet durch ein Ventilglied (136), das in dem die Zylinderbohrung (64) mit der Niederdruckleitung (88) der Hydraulikpumpe (36) verbindenden Fließbewegung angeordnet und zur Steuerung des Druckmitteldruckes in diesem Fließweg vorgesehen ist, durch einen das Ventilglied (136) in die schließstellung drückenden Steuerkolben (142) und durch ein einstellbares Druckregeiveniil (150), das zwischen die Hochdruckleitung (114) der Hydraulikpumpe (36) und die den Steuerkolben (142) lagernde Bohrung (140) geschaltet ist, wobei der Steuerkolben (142) mit Druck beaufschlagbar ist und über das Ventilglied (136) der Druckmitteldruck in dem Fließweg (158), der die Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) mit dem Verteilerventil (102) verbindet, und die Bewegung des Verteilerventils (102) steuerbar sind.

2. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1. zur Verwendung bei einer fahrbaren Bohranlage, die ein Fahrgestell mit einer Vorschubführung für die Hdraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine und eine Steuerstation für eine Bedienungsperson umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (150) einen Einstellhebel (152) aufweist, der zur Fernbedienung des Verteilerventiis (102) über das Ventilglied (136) in der Steuerstation (42) auf dem Fahrgestell (12) vorgesehen und durch den die vom Schlagkolben (66) ausgeübte Schlagenergie veränderbar ist.

3. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (36) eine Pumpe veränderlicher Verdrängung ist.

4. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (36) eine Steuereinrichtung (37) umfaßt, durch die der Gesteins-Schlagbohrmaschine Druckmittel mit im wesentlichen konstanter Leistung zuführbar ist.

5. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ventilglied (136) und dem Steuerkolben (142) zur Beschleunigung der Rückbewegung des Ventilgliedes (136) durch das auf dieses einwirkende Druckmittel angeordnete Feder (144).

6. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, Fließwege bildende Kanäle (175,176) längs der Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) und in diese einmündend vorgesehen sind und daß das Ventilglied (136) durch den Steuerkolben (182) gebildet ist, der durch das Druckregelventil (150) einstellbar ist, wobei zumindest teilweise einer oder mehrere der Kanäle (175,176) zur Steuerung des das Verteilerventil (102) beaufschlagenden Druckmitteldruckes durch den Steuerkolben (182) blockierbar sind.

7. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

Verteilerventil (102) mindestens zwei entgegengesetzt gerichtete Kolbenflächen (108, 112) aufweist, die vom Druckmitteldruck zur Bewegung des Ventils beaufschlagbar sind, wobei eine (108) der Kolbenflächen (J08, 112) in einer Kammer (154)

ίο liegt, die mit dem Fließweg (158) zur Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) in Verbindung setzbar ist, und daß die Steuernut (72) des Schlagkolbens (66) so angeordnet ist, daß dieser Fließweg (158) beim Rückhub des Schlagkolbens

.j (66) mit dem Fließweg zwischen der Zylinderbohrung (64) des Schlagkolbens (66) und dem Ventilglied (136) in Verbindung gebracht wird.

8. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkolben (66) eine ständig vom Druckmitteldruck beaufschlagte, ihn nach rückwärts drückende Kolbenflache (86) und eine zweite Kolbenfläche (70) aufweist, durch die der Schlagkolben (66) mittels des vom Verteilerventil gesteuerten Druckmitteldrucks periodisch nach vorwärts beaufschlagbar ist, wobei die Bwegung des Verteilerventils (102) zur Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens (66) über eine Druckminderung in der Kammer (154) des Verteilerventils (102) steuerbar ist.

9. Hydraulische Gesteins-Schlagbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlabohrmaschine (24) mittels der Steuereinrichtung (37) Druckmittel mit veränderlichen Drücken und Fließmengen in Abhängigkeit von den Änderungen der Schlagenergie des Schlakolbens (66) unter im wesentlichen konstanter Druckmittelleistung am Eingang der Schlagbohrmaschine (24) zuführbar ist.