-
-
Hydraulischer Drehschlaghammer
-
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehschlaghammer für Gesteinsbohrmaschinen,
mit einem Hammergehäuse, in dem ein Schlagkolben verschiebbar ist, der unter Steuerung
durch eine hydraulische Schlagantriebseinrichtung hin- und herbewegt wird und dabei
auf ein mit einem Bohrgestänge verbundenes Einsteckteil schlägt, und mit einem an
dem Hammergehäuse vorgesehenen Hydraulikmotor für den Drehantrieb des Bohrgestänges.
-
Für Gesteinsbohrungen verwendet man Drehschlaghämmer, bei denen ein
Schlagkolben periodisch in Längsrichtung auf das Bohrgestänge schlägt, während das
Bohrgestänge gleichzeitig von einem Hydraulikmotor gedreht wird. Das Hammergehäuse
trägt die hydraulische Schlagantriebseinrichtung und den Hydraulikmotor, die beide
über je zwei Hydraulikleitungen mit einer Versorgungseinrichtung verbunden werden.
Eine dieser Leitungen bildet die mit einer Druckquelle verbundene Vorlauf leitung,
während die andere Leitung die mit dem Sumpf verbundene Rücklaufleitung darstellt.
Die Leitungen eines Leitungspaares können untereinander umgeschaltet werden, um
beispielsweise bei feststehendem Bohrmeißel das Bohrgestänge rückwärts drehen zu
können.
-
Derartige Gesteinsbohrmaschinen, die häufig unter Tage eingesetzt
werden, erfordern das Mitführen von vier Hydraulikleitungen, an die der Hammer angeschlossen
ist. Häufig werden solche Drehschlaghämmer auf Bohrlafetten befestigt, die von einem
Raupenfahrzeug getragen werden. Diese Bohrlafetten bestehen aus Schienen, auf denen
das Hammergehäuse geführt ist
und von einer Vorschubeinrichtung,
die eine konstante Vorspannkraft in Richtung auf das Bohrloch auf das Hammergehäuse
ausübt, vorgeschoben wird. Hierbei müssen alle vier Schläuche mitgeführt werden,
so daß sie sich der jeweiligen Vorschubstellung des Hammergehäuses anpassen. Die
erforderlichen Umlenkungen der von dem Hammergehäuse zur Pumpe bzw.
-
zum Sumpf führenden Schläuche führen dazu, daß Schlauchlängen von
20 bis 30 m in der Praxis häufig vorkommen. Die vier in dieser Länge verlegten und
mit dem Hammergehäuse mitzuführenden Schläuche stellen eine häufige Störungsquelle
dar, weil infolge des rauhen Betriebes und der schlechten Beleuchtungsverhältnisse
unter Tage häufig Beschädigungen an Schläuchen vorkommen. Jeder Bruch eines Schlauches
hat aber einen Stillstand der gesamten Maschine von in der Regel mehreren Stunden
zur Folge.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehschlaghammer zu schaffen,
der zur Versorgung der Schlagantriebseinrichtung und des Hydraulikmotors mit weniger
als insgesamt vier Zuleitungen auskommt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Hydraulikmotor und die Schlagantriebseinrichtung hydraulisch in Reihe oder parallel
gemeinsam an eine einzige Vorlaufleitung und an eine einzige Rücklaufleitung angeschlossen
sind.
-
Neben dem Vorteil einer geringeren Zahl von mit dem Hammergehäuse
mitzuführenden Leitungen bietet die Erfindung den Vorteil, daß eine einzige Pumpe
für die Durchführung aller Hammerfunktionen ausreicht. Bei einer Reihenschaltung
der beiden Antriebe muß der Pumpendruck so groß sein, daß er mindestens
gleich
der Summe der Betriebsdrücke beider Antriebe ist. Der Leitungsquerschnitt ist so
zu dimensionieren, daß er für die Versorgung desjenigen Antriebes ausreicht, der
den größten Hydraulikdurchlauf erfordert. In der Regel ist dies der Schlagantrieb.
Dies bedeutet, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung von nur zwei Leitungen der
Durchflußquerschnitt nicht größer sein muß als bei vier Leitungen. Allerdings müssen
die Leitungen für größere Drücke ausgelegt sein.
-
Wenn die beiden Antriebe im oder am Hammergehäuse parallel geschaltet
sind, werden die beiden Leitungen für die Summe der Verbrauchsmengen der beiden
Antriebe ausgelegt. Einer zusätzlichen Druckbelastung brauchen sie in diesem Fall
nicht standzuhalten.
-
Wenn der Bohrmeißel sich in dem Gestein festgesetzt hat, ist es in
der Regel möglich, ihn wieder zu lösen, indem das Bohrgestänge in Rückwärtsrichtung
gedreht wird. Hierzu wird bei den bekannten Geräten die Rücklauf leitung des Hydraulikmotors
an die Pumpe und die Vorlauf leitung des Hydraulikmotors an den Sumpf angeschlossen,
so daß der Hydraulikmotor rückwärts dreht und das Bohrgestänge lösen kann. Da diese
umgekehrte Schaltungsart in der Regel bei Schlagantriebseinrichtungen nicht möglich
ist, muß dafür gesorgt werden, daß bei Rückwärtsdrehung des Hydraulikmotors die
Schlagantriebseinrichtung entweder stillgesetzt oder trotz der vorgenommenen Umschaltung
in derselben Richtung mit Druck beaufschlagt wird wie beim Vorwärtslauf. Hierzu
ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß in die Vorlaufleitung
und die Rücklaufleitung ein Umsteuerventil für die Richtungsumkehr der Hydraulikflüssigkeit
geschaltet ist, daß die Schlagantriebseinrichtung mit einem nur in Vorwärtsrichtung
durch-
lässigen ersten Rückschlagventil in Reihe geschaltet ist
und daß die Reihenschaltung aus Schlagantriebseinrichtung und erstem Rückschlagventil
durch ein nur in Rückwärtsrichtung durchlässiges zweites Rückschlagventil überbrückt
ist.
-
Das erste Rückschlagventil sorgt dafür, daß die Schlagantriebseinrichtung
stets nur in einer Druckrichtung versorgt wird. Bei Umschalten des Umsteuerventils
auf Rückwärtsbetrieb wird der Hydraulikfluß durch die Schlagantriebseinrichtung
hindurch infolge der Wirkung des ersten Rückschlagventiles gesperrt. Gleichzeitig
wird die Schlagantriebseinrichtung durch das zweite Rückschlagventil überbrückt.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Hydraulikmotor
durch eine ein Drosselelement enthaltende By-Pass-Leitung überbrückt sein. Dies
ist zweckmäßig, wenn die Schlagantriebseinrichtung eine größere Hydraulikmenge erfordert
als der Hydraulikmotor. Auf diese Weise lassen sich Antriebe mit unterschiedlichen
Durchsatzmengen aneinander anpassen, so daß es möglich ist, auch bereits bestehende
Drehschlaghämmer durch Anbringung der erforderlichen Rückschlagventile in der erfindungsgemäßen
Weise umzurüsten, und zwar selbst dann, wenn die beiden Antriebe völlig verschiedenartig
ausgelegt sind.
-
Um ein blockiertes Bohrgestänge wieder loszudrehen, ist es gelegentlich
zweckmäßig, die Schlageinrichtung in Betrieb zu setzen, so daß während des Zurückdrehens
Schläge auf das Bohrgestänge ausgeübt werden. Um dies zu ermöglichen, ist.zweckmäßigerweise
die Schlagantriebseinrichtung über ein nur in Rückwärtsrichtung geöffnetes drittes
Rückschlagventil mit der Rücklaufleitung verbunden. Hierdurch wird die Schlagfunktion
während des Vorwärtsdrehens und des Rückwärtsdrehens gleicher-
maßen
ausgeführt, weil die Schlagantriebseinrichtung, unabhängig von der jeweiligen Schaltung
der Vorlauf leitung und der Rücklauf leitung, stets an demselben Anschluß Druck
erhält.
-
Wenn zum Frei drehen des Bohrmeißels schwächere Schläge auf das Bohrgestänge
ausgeübt werden sollen als beim Drehen in Vorwärtsrichtung, kann das dritte Rückschlagventil
in eine ein Drosselelement enthaltende Leitung geschaltet sein. Das Drosselelement
bewirkt einen Druckabfall, so daß die Schlagantriebseinrichtung bei Rückwärtsbetrieb
des Hydraulikmotors mit geringerer Schlagenergie oder mit verringerter Schlagzahl
arbeitet.
-
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt schematisch das Hydraulikschaltbild einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, bei der das Schlagwerk beim Zurückdrehen des Bohrgestängesaußer Betrieb
ist, und Fig. 2 zeigt schematisch das Hydraulikschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles,
bei dem beim Zurückdrehen des Bohrgestänges das Schlagwerk in Betrieb ist.
-
In den Zeichnungen ist das Hammergehäuse nur schematisch dargestellt
und mit 10 bezeichnet. In dem Hammergehäuse ist der Schlagkolben 11, der verschiedene
ring- bzw. kreisförmige Stirnflächen besitzt, hydraulisch hin und her verschiebbar.
-
Die Schlagantriebseinrichtung, die sich ebenfalls in dem Hammergehäuse
10 befindet und die einen Steuerschieber aufweist, ist mit 12 bezeichnet. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit sind
die hydraulischen Verbindungsleitungen
zwischen dem Zylinder, in dem sich der Schlagkolben 11 befindet, und der Schlagantriebseinrichtung
12 fortgelassen. Der Hammer kann in konstruktiver Hinsicht beispielsweise so ausgebildet
sein wie der Hammer nach DT-AS 24 28 236, es können aber auch andere Hammertypen
verwandt werden.
-
Die Stirnfläche 13 des Schlagkolbens 11, die aus dem Zylinderraum,
in dessen rammern wechselweise der Hydraulikdruck herrscht, herausragt, schlägt
periodisch auf das Einsteckende 14 des (nicht dargestellten) Rohrgestänges. An dem
aus dem Hammergehäuse 10 herausragenden Teil 15 des Einsteckendes 14 ist die erste
Stange des Bohrgestänges befestigt.
-
Das Einsteckende 14 ist drehfest, aber längsverschiebbar in einer
Hülse 16 untergebracht, die eine (nicht dargestellte) Außenverzahnung aufweist,
in die ein Zahnrad eingreift. Dieses Zahnrad wird von dem Hydraulikmotor 17 angetrieben,
so daß das Einsteckende 14, und mit ihm das Bohrgestänge, gedreht wird, während
der Schlagkolben 11 auf das Einsteckende schlägt.
-
Zur Versorgung des Hydraulikmotors 17 und der Schlagantriebseinrichtung
12 ist eine Pumpe 18 vorgesehen, die Hydraulikflüssigkeit aus dem Sumpf 19 ansaugt
und über das Steuerventil 20 an die mit dem Hydraulikmotor 17 verbundene Vorlaufleitung
21 abgibt. Die Hydraulikflüssigkeit verläßt den Hydraulikmotor durch Leitung 22
hindurch und gelangt zur Schlagantriebseinrichtung 12. Von dort wird sie über das
bei Normalbetrieb geöffnete erste Rückschlagventil 24, die Rücklaufleitung 25 und
das Steuerventil 20 in den Sumpf 19 zurückgeleitet.
-
Der Druck in der Vorlauf leitung 21 beträgt beispielsweise
200
bar, und der Druckabfall im Hydraulikmotor 17 beträgt 60 bar, so daß am Eingang
der Schlagantriebseinrichtung 12 noch ein Druck von 140 bar zur Verfügung steht.
Der Hydraulikmotor 17 und die Schlagantriebseinrichtung 12 sind bei diesem Ausführungsbeispiel
während des Vorwärtsbetriebes in Reihe geschaltet.
-
Wenn es vorkommt, daß der Bohrmeißel, der sich an dem dem Hammergehäuse
10 abgewandten Ende des Bohrgestänges befindet, festsitzt, wird das Steuerventil
20 (gemäß Fig. 1) nach links verschoben, so daß die Pumpe 18 nunmehr an die Rücklaufleitung
25 und die Vorlaufleitung 21 an den Sumpf 19 angeschlossen ist. Die Hydraulikflüssigkeit
fließt also in Leitung 25 hinein und kann das erste Rückschlagventil 24, das in
dieser Richtung gesperrt ist, nicht durchströmen. Die Reihenschaltung aus Druckantriebseinrichtung
12 und erstem Rückschlagventil 24 ist aber durch das zweite Rückschlagventil 26
überbrückt, das für die nun herrschende Rückwärtsrichtung geöffnet ist. Die Hydraulikflüssigkeit
fließt daher über Leitung 25 und das zweite Rückschlagventil 26 nach Leitung 22
und gelangt so zum Hydraulikmotor 17, der in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Leitung
21 dient nunmehr der Rückführung der Hydraulikflüssigkeit in den Sumpf.
-
Da bei dieser Betriebsweise die Schlagantriebseinrichtung 12 durch
das zweite Rückschlagventil 26 praktisch kurzgeschlossen ist, setzt das Schlagwerk
aus, während der Hydraulikmotor 17 das Bohrgestänge in Rückwärtsrichtung dreht.
-
Die bisher beschriebene Betriebsweise setzt voraus, daß bei Vorwärtsbetrieb
die beiden in Reihe geschalteten Verbraucher 12, 17 gleiche Mengen an Hydraulikflüssigkeit
pro Zeiteinheit
benötigen. Wenn diese Voraussetzung nicht erfüllt
ist und beispielsweise die Schlagantriebseinrichtung 12 eine größere Menge an Hydraulikflüssigkeit
benötigt als der Hydraulikmotor 17, kann der Hydraulikmotor durch eine By-Pass-Leitung,
die eine Drosselstelle 28 enthält, überbrückt werden.
-
Das Steuerventil 20 befindet sich beispielsweise in räumlicher Nähe
der Pumpe 18 und des Sumpf es 19. Es ist als Drei-Wege-Ventil ausgebildet und kann
von Hand betätigt werden.
-
Die (dargestellte) Arbeitsposition entspricht dem normalen Vorwärtsbetrieb
des Hydraulikmotors 17 und dem Schlagbetrieb des Schlagwerkes. Wird das Ventil nach
links verschoben, dann herrscht der oben beschriebene Rückwärtsbetrieb des Hydraulikmotors
17, während das Schlagwerk abgeschaltet ist. Wird das Steuerventil dagegen aus der
Mittelposition nach rechts verschoben, dann ist der Drehschlaghammer außer Betrieb
und die Pumpe 18 fördert drucklos in den Sumpf 19 zurück.
-
Man erkennt, daß die Vorlauf leitung 21 und die Rücklaufleitung 25
bei der Umschaltung des Steuerventils 20 von Normalbetrieb auf Rückwärtsbetrieb
ihre Funktionen vertauschen.
-
Außerdem ist zu ersehen, daß diese beiden Leitungen für den Anschluß
des Drehschlaghammers ausreichen, so daß gegenüber den bisher benötigten vier Leitungen
eine deutliche Ersparnis vorhanden ist.
-
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 enthält sämtliche Komponenten des
Ausführungsbeispiels von Fig. 1 in derselben Schaltung. Eine nochmalige Beschreibung
dieses Schaltungsteils erübrigt sich daher. Zusätzlich ist die Verbindungsleitung
zwischen der Schlagantriebseinrichtung 12 und dem ersten ückschlagventil 24 an eine
Leitung 29 angeschlossen, die ein
drittes Rückschlagventil 30 enthält
und mit der Vorlaufleitung 21 verbunden ist. Das Rückschlagventil 30 ist so geschaltet,
daß es für den Druck der Vorlaufleitung 21 gesperrt und bei einem Druck in Gegenrichtung
geöffnet ist.
-
Außerdem liegt in Leitung 29 eine Drosselstelle 31.
-
Bei Normalbetrieb des Drehschlaghammers ändert sich gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel nichts, weil der Druck in der Vorlauf leitung 21 das
dritte Rückschlagventil 30 nicht passieren kann. Bei Umschaltung des Steuerventils
20 nach links wird Leitung 25 mit der Pumpe 18 verbunden, so daß der volle Pumpendruck
in Leitung 22 herrscht. Von hier fließt ein Teil der Hydraulik flüssigkeit durch
den Hydraulikmotor 17, um diesen in Rückwärtsrichtung anzutreiben, und von dort
über Leitung 21 zum Sumpf 19 zurück. Ein anderer Teil der Hydraulikflüssigkeit fließt
über die Schlagantriebseinrichtung 12, die Drosselstelle 31 und das für diese Strömungsrichtung
geöffnete dritte Rückschlagventil 30 zur Leitung 21, die über das Steuerventil 20
mit dem Sumpf 19 verbunden ist. Das Schlagwerk wird also auch bei dieser Betriebsart
mit Druck versorgt, so daß der Schlagkolben 11 Schläge ausführt. Infolge der Drosselstelle
31 in Leitung 29 erfolgen diese Schläge, je nach Bauart des Hammers, nun aber mit
geringerer Schlagstärke oder mit gleicher Schlagstärke, jedoch größerem zeitlichen
Abstand der Schläge als bei VorwArtsbetrieb des Hydraulikmotors 17.
-
Bei der zuletzt beschriebenen Betriebsart sind bei dem Ausführungsbeispiel
von Fig. 2 der Hydraulikmotor 17 und.die Schlagantriebseinrichtung 12 parallel zueinander
zwischen die Leitungen 22 und 21 geschaltet.