DE29618066U1

DE29618066U1 - Bohrhammer

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Publication number: DE29618066U1
Application number: DE29618066U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2006-10-19
Also published as: EP0837214A2; EP0837214A3

Description

Patentanwalt Kaj^Qjjbr!^^» ,··.*·* Büro: Am Weinberg 15

Diplom-Physiker Staatl_; cTepr* Übers^tz|r j * »** · * D-35096 Niederweimar

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18.10.1996 G810-Ot/Kr

Hans-Philipp Walter, D-74251 Lehrensteinsfeid

Bohrhammer

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Herkömmliche Bohrgeräte hämmern im ventiigesteuerten Aussetz- oder Dauerbetrieb mit einem am Fußteil angeordneten Bohrmeißel, der Durchlässe für die Druckluft aufweist, die am Bohrlochgrund umgelenkt wird und losgeschlagenes Bohrklein nach oben fördert. Bei einem Im-Loch-Bohrhammer z.B. nach DE-A-2 705191 gleitet ein Kolben in einem Gehäuse, das innerhalb eines Außenrohres befestigt ist, was jedoch problematisch und störungsanfällig sein kann. Ähnliches gilt für sog. ventillose Bohrhämmer.

DE-U-9 202 336 beschreibt einen Bohrhammer der eingangs genannten Art, der auch in schwierigem Gestein gut einsetzbar ist. Er hat zur Blasluft-Dosierung einen drehbar angetriebenen Rohrkörper und eine darin verschiebiiche, einen Zentraldurchlaß aufweisende Welle, deren unteres Ende mit dem Rohrkörper ein Absperrorgan, z.B. einen Schieber bildet, der einen Luftumlenkraum nach Bedarf freigibt oder - gegebenenfalls teilweise - verschließt. Allerdings kann der Hals der mit dem Rohrkörper antriebsverbundenen Welie und ein sie führender, am Umfang mit einer Anzahl Bohrungen versehener Rohrkopf infolge relativ schwacher Querschnitte bruchgefährdet sein, zumal die Bohrhammerlänge mit großem Hebelarm daran angreift.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, einen Bohrhammer der genannten Art, jedoch ohne Zentrairohr, so zu verbessern, daß man in einfacher, wirtschaftlich zu fertigender Konstruktion mit einem stabilen Kolben sowohl dessen Schlagzahl als auch die Einzeischlagkraft steigert. Außerdem soll der Bohrhammer bei großer Leistung lange Betriebs-Standzeiten erbringen, auch bei erhöhter Schlagfrequenz mit niedrigem Druckluft-Verbrauch auskommen und relativ ruhig arbeiten.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

Ausgehend von einem pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, mit einer Anschiußkappe für eine Druckluftquelle und gegebenenfalls ein Bohrgestänge, mit einem Außenrohr, mit einem Luftkanäle aufweisenden Steuergehäusemantei, dem ein Rückschlagventil auf einem Sockel vorgeordnet ist, mit einer am Außenrohr unten axialverschieblich gehalterten Bohrkrone, deren Kopffläche an einem zentrisch durchbohrten Schlagkolben beaufschlagbar ist, und mit einer diesen führenden Zylinderbüchse, die mit einem Steuergehäuse-Unterteil und dem Außenrohr zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit fest verbunden ist, wobei der Sockel einen als Rohrkörper ausgebildeten Steuerzapfen aufweist, der in einer Innenkammer wenigstens eine Querbohrung hat und mit einem verjüngten unteren Ende berührungslos in die Zentralbohrung des Schlagkolbens ragt, sieht die Erfindung gemäß Anspruch 1 vor, daß am oberen Ende des Schlagkolbens ein mit dem Steuerzapfen zusammenwirkendes Absperrorgan vorhanden ist, insbesondere ein Schieberventii.

Diese außerordentlich einfache Konstruktion gewährleistet durch ihre Steuerung, daß bohrkronenseitig stets Unterluft ansteht, so daß der Startvorgang sowie der Kolben-Rückhub automatisch erfolgt und der Hammer daher auch unter schwierigen äußeren Bedingungen sicher anspringt. Die von oben und unten kommenden Luftströme werden gegeneinander und aneinander vorbei gelenkt. Am verjüngten Ende des Steuerzapfens kann eine Durchmesserstufe die Luftströmung im Einlaufbereich der Schlagkolben-Zentralbohrung maßgeblich unterstützen. Indem am oberen Ende des Schlagkolbens ein Absperrorgan vorhanden ist, namentlich ein mit dem Steuerzapfen zusammenwirkendes Schieberventil, erzielt man auf besonders einfache Weise eine zuverlässige Luftsteuerung.

Zweckmäßig weist der Steuerzapfen einen Rohrkörper auf, der sich mit einem Flansch an einem radial einspringenden Bund am Unterteil des Steuergehäusemantels abstützt, wobei ein flexibler Dichtungsring einen Positions-Ausgleich schaffen kann. Auf dem Steuerzapfen gleitet gemäß Anspruch 2 eine mit dem Schlagkolben fest verbundene oder einstückige Steuerbuchse, die mit Radialdurchbrüchen versehen ist. Das ermöglicht eine besonders schnelle Umsteuerung der Luftströme.

Vorteilhaft hat die Steuerbuchse nach Anspruch 3 eine solche Axiallänge, daß sie in der Aufschlag position des Schlagkolbens die Querbohrungen des Steuerzapfens verschließt. Bei angedrückter Bohrkrone läuft der Bohrhammer daher ohne weiteres an, wobei gleichzeitig die Kompressionskammer oberhalb des Schlagkolbens entlüftet wird.

Günstig ist es ferner, wenn gemäß Anspruch 4 die Steuerbuchse im Bereich der Radialdurchlässe innen eine Umfangsaussparung mit einer oberen und einer unteren Steuerkante hat. Dies trägt mit minimalem Bauteil-Aufwand erheblich zur exakten Umsteuerung bei. Im einzelnen ist dazu in Anspruch 5 vorgesehen, daß zwischen der Innenkammer und der von der Zylinderbüchse begrenzten Kompressionskammer eine Strömungsverbindung in oberen Positionen des Schlagkolbens herstellbar und in unteren Positionen verschließbar ist, insbesondere durch die Umfangsaussparung über die Querbohrungen und die Radialdurchlässe, welche als Bohrungen oder schlitzförmig ausgebildet sein können. Der Schlagkolben selbst bewirkt also die Umsteuerung seiner Bewegung auf überaus einfache Weise.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht nach Anspruch 6 darin, daß die Innenkammer des Steuerzapfens mit einem Kanal im verjüngten unteren Zapfen-Ende strömungsverbunden oder verbindbar ist. Dadurch ist es möglich, eine ständig anstehende Luftmenge durchströmen zu lassen. Dies ist vor allem bei schwierigen Gesteinsverhältnissen vorteilhaft.

Laut Anspruch 7 ist zwischen Innenkammer und Kanal des Steuerzapfens ein Strömungsbegrenzer angebracht oder anbringbar, der nach Anspruch 8 ein verrast- oder schraubbarer Verschlußstopfen, nach Anspruch 9 ein Düseneinsatz o.dgl. sein kann. Je nach dem durch die örtlichen Gegebenheiten bedingten Luftbedarf kann der passende Strömungsbegrenzer gewählt und eingesetzt werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Bohrhammers,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, eines Schlagkolbens und

Fig. 3 eine vergrößerte Teil-Längsschnittansicht aus Fig. 1.

Ein allgemein mit 10 bezeichneter Bohrhammer hat, wie man aus Fig. 1 ersieht, eine Schraubkappe 11 mit einem zentrischen Durchlaß 12 und einer Gewindeverbindung 13, die unter Zwischenlage eines Dichtungsrings 14 zum Anschluß des Haupt-Hammerkörpers dient. Ein Siebeinsatz 16 befindet sich in der Schraubkappe 11, die mit einem Steuergehäusemantel 50 verschraubbar ist. Dieser ist einerseits mit einem Außenrohr 15, andererseits am Unterteil 55 mit einer Zylinderbüchse 70 verschweißt. Der Steuergehäusemantel 50 hat radiale Durchlässe 22 zu einer Ringkammer 60, die als schmaler Umfangsspalt zwischen dem Außenrohr 15 und der Zylinderbüchse 70 gebildet ist. Das Außenrohr 15 kann am oberen Ende über den Umfang verteilt (nicht gezeichnete) längsverlaufende Außenrillen aufweisen, die dem Ansatz eines Werkzeugs bei der Verschraubung mit der Kappe 11 dienen. Die Zylinderbüchse 70 ist in ihrem Mittelteil mit Ausblasbohrungen 71 versehen.

Der Sockel 54 trägt ein Rückschlagventil 30, dessen Ventilfeder 29 auf einem nach oben gerichteten Schaft 28 geführt ist und das mit einem Ventilsitz 18 in der Schraubkappe 11 zusammenwirkt. An diese schließt unmittelbar ein Sockel 54 mit Axialdurchlässen 24 an. Ein Steuerzapfen 40 ragt mit seinem verjüngten unteren Ende 45 berührungsfrei in eine Zentralbohrung 82 eines in der Zylinderbüchse 70 geführten Schlagkolbens 75, auch wenn dieser sich in seiner tiefsten Stellung befindet (links in Fig. 1). Das verjüngte Ende 45 des Steuerzapfens 40 hat einen inneren Durchgangs-Kanal 105 und läuft von einer Durchmesserstufe 46 an schmal aus.

Der Steuerzapfen 40 in Gestalt eines Rohrkörpers hat eine Innenkammer 42, von der aus Quer- oder Reversierbohrungen 44 in den Umgebungsraum führen. Dieser stellt in der hochgefahrenen Position des Kolbens 75 eine Kompressionskammer 83 dar. Das untere Ende des Kolbens 75 ist mit einer Ventilfläche 79 auf

ein Fußventil 97 aufgleitbar, das im Kopf 91 einer Bohrkrone 90 sitzt. Diese hat einen zentralen Durchlaß 92; sie wird in einer Haltekappe 93 gehalten, die nach Einstecken von Kopf 91 und Schaft 95 unter Zwischenlage einer Pufferbüchse 85 und eines Halterings 86 in das Außenrohr 15 eingeschraubt ist. Eine Schulter 88 des Halterings 86 kommt zum Anschlag am Kopf 91 der Bohrkrone 90, wenn der Schlagkolben 75 ihre Aufschlagfläche 89 mit seiner Schlagkraft trifft. Fig. 1 zeigt ebenso wie die vergrößerte Darstellung von Fig. 3 zwei verschiedene Arbeitsstellungen des Bohrhammers 10. In der linken Hälfte ist jeweils der Schlagkolben 75 in seiner Aufschiagposition dargestellt, in der sein unteres Ende auf die Fläche 89 der Bohrkrone 90 aufschlägt bzw. aufgeschlagen ist.

Der Aufbau des Schlagkolbens 75 geht aus Fig. 2 hervor. Er ist allgemein zylindrisch und hat außen Querrillen 77 sowie etwa in seiner Längsmitte die Ringnut 76, die eine untere Steuerkante 80 und eine obere Steuerkante 81 definiert. Diese leiten jeweils das Öffnen bzw. Absperren der Luftströmung an den Durchlässen 72 am unteren Ende der Ringkammer 60 ein (Fig. 1). Von der nach außen offenen Ringnut 76 gehen, über den Umfang verteilt, Axialbohrungen 78 bis an den Boden des Kolbens 75. Dessen Zentralbohrung 82 kann am unteren Ende angefast sein, bildet jedoch unmittelbar darüber eine Ventilfläche 79, die mit dem Fußventil 97 beim Aufgleiten auf dieses in der unteren Kolbenstellung zusammenwirkt. Man erkennt, daß der Schlagkolben 75 in seinem Oberteil massiv, also nicht durch Axialbohrungen geschwächt ist, so daß die Kopffiäche 74 samt derjenigen einer aufgesetzten Steuerbuchse 100 voll für den Arbeitsdruck zur Verfügung steht. Diese ist über eine Verbindung dem oberen Ende des Schlagkolbens 75 fest verbunden und auf dem Steuerzapfen 40 gleitgeführt. Zusammen mit letzterem bildet sie ein Schieberventil, durch das die Schlaghubluft steuerbar ist.

Die Steuerbuchse 100 hat eine innere Umfangs-Aussparung 101 mit einer oberen Steuerkante 106 und einer unteren Steuerkante 107. Im Bereich zwischen den Steuerkanten 106, 107 hat die Steuerbuchse 100 nach außen führende Radialdurchlässe 101, die Radialbohrungen (Fig. 1 und 3) oder Längsschlitze (Fig. 2) sein können und mit der Kompressionskammer 83 in ständiger Strömungsverbindung stehen. Die axiale Länge der Steuerbuchse 100 ist so bemessen, daß diese in der tiefsten Stellung des Schlagkolben 75 (links in Fig. 1 und 3) die Querbohrungen 44 des Steuerzapfens 40 noch verschließt. Fährt der Schlagkolben 75 beim Rückhub hoch (rechts in Fig. 1 und 3), so tritt das obere Ende der Steuerbuchse 100 in eine Hülse 51 ein, die den Steuerzapfen 40 konzentrisch

umgibt und mit einem Flansch 62 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 64 an einem Bund 57 des Steuergehäusemantels 50 abgestützt ist. Überfährt die obere Steuerkante 106 der Aussparung 102 die Querbohrungen 44, so beginnt sich die Kompressionskammer 83 über die Durchlässe 44, 101, 102 mit Schlaghubluft zu füllen. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Schlagkolbens 75 verschließt die untere Steuerkante 107 der Aussparung 102 sodann die Querbohrungen 44, wodurch der im noch kleiner werdenden Kompressionsraum 83 herrschende Druck weiter ansteigt,

Sobald der obere Totpunkt erreicht ist, beginnt der Schlaghub des Kolbens 75. Wenn die untere Steuerkante 107 der Aussparung 102 die Querbohrungen 44 des Steuerzapfens 40 wieder freigibt, wird der Schlagkolben 75 beschleunigt. Dabei steht der volle Druck auf der gesamten Fläche von Steuerbuchse 100 und Kolben 75 an, so daß diese Elemente gemeinsam immer schneller abwärts bewegt werden und der Kolben 75 auf der Kopffläche 89 der Bohrkrone 90 aufschlägt (Fig. 1 und 3, links).

Der rohrförmige Steuerzapfens 40 geht an einer Durchmesserstufe 46 in sein verjüngtes unteres Ende 45 über, das durch den axialen Durchgangs-Kanal 105 mit der Innenkammer 42 strömungsverbunden oder -verbindbar ist. An der Übergangsstelle ist ein Strömungsbegrenzer 104 eingezeichnet, der als Verschlußstopfen, Düsen-Einsatz o.dgl. ausgebildet sein kann. Je nach Luftbedarf kann der passende Strömungsbegrenzer 104 eingesetzt oder auch weggelassen werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So läßt sich ohne weiteres zwischen die Schraubkappe 11 und den Steuergehäusemantel 50 ein Adapter und/oder ein sog. Turbo-Vorsatz einbauen, wie in DE-U-9 202 336 ausführlich beschrieben. Dazu kann zwischen der Anschlußkappe 11 und einem Adapter eine Muffe sitzen, deren Außendurchmesser gleich demjenigen des Außenrohrs 15 ist; sie ist mit dem Adapter direkt oder über ein Schiebestück samt einer darin geführten kurzen Profilweile antriebsverbindbar. Man erzielt so eine zusätzliche, mechanisch geschützte Steuerungsmöglichkeit zur Luftstrom-Teilung, wobei einerseits Zentralluft bis in die Bohrkrone 90 gebracht und andererseits nach Bedarf Blasluft abgezweigt wird.

Man erkennt, daß ein pneumatisch angetriebener Bohrhammer 10 erfindungsgemäß eine Anschlußkappe 11 für eine Druckluftquelle und ein Außenrohr 15 hat, das mit einem Luftkanäle aufweisenden Steuergehäusemantel 50 fest verbunden ist. An diesem sitzt ein als Rohrkörper mit Innenkammer 42 und Querbohrungen 44 ausgebildeter Steuerzapfen 40, der mit einer unteren Verjüngung 45 berührungslos in eine Zentralbohrung 82 eines Schlagkolbens 75 ragt. Dieser ist oben massiv; an seine Ringnut 76 schließen nach unten Axialbohrungen 78 an, die in einen den Bohrkronenkopf 91 umgebenden Ringraum 94 münden. Auf ein Fußventil 97 gleitet der Schlagkolben 75 auf, der in einer Zylinderbüchse 70 geführt ist, die mit dem Steuergehäuse-Unterteil 55 und dem Außenrohr 15 zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit fest verbunden ist.

Der Mantel 50 begrenzt unterhalb eines Sockels 54 eine Verteilerkammer 56, die mit der Innenkammer 42 des Steuerzapfens 40 strömungsverbunden ist, auf dem eine Steuerbuchse 100 als Schieberventil gleitet, durch das die Schlaghubluft steuerbar ist. Bevorzugt schließt der Steuerzapfen 40 mit einem Buchsenteil an den Sockel 54 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 64 an. Die Steuerbuchse 100 ist axial so lang, daß sie in der Aufschlagposition des Schlagkolbens 75 die Querbohrungen 44 des Steuerzapfens 40 verschließt. Im mittleren Bereich hat sie Radialdurchlässe 101, die zweckmäßig als achsparallele Schlitze in 90°- Umfangsabständen an einer inneren Umfangsaussparung 102 ausgebildet sein können (Fig. 2). Letztere besitzt eine obere und eine untere Steuerkante 106 bzw. 107, um zwischen der Innenkammer 42 und einer von der Zylinderbüchse 70 begrenzten Kompressionskammer 83 insbesondere durch die Umfangsaussparung 102, die Querbohrungen 44 und die Radialdurchlässe 101 eine Strömungsverbindung in oberen Positionen des Schlagkolbens 75 herzustellen und in unteren Positionen zu verschließen. Die Innenkammer 42 des Steuerzapfens 40 ist mit einem Kanal 105 im unteren Zapfen-Ende 45 strömungsverbunden oder -verbindbar. Zwischen Innenkammer 42 und Kanal 105 des Steuerzapfens 40 ist ein Strömungsbegrenzer 104 angebracht oder anbringbar, der ein verrast- oder schraubbarer Verschlußstopfen, ein Düseneinsatz o.dgl. sein kann.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmaie und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Bezugszeichenliste

10	Bohrhammer	72	Durchlasse
11	Schraubkappe	74	Kopffläche
12	Durchlaß	75	Kolben
13	Gewindeverbindung)	76	Ringnut
14	Dichtungsring	77	(Quer-) Rillen
15	Außenrohr	78	Axialbohrungen
16	Siebeinsatz	79	Ventilfläche
18	Ventilsitz	80	obere Steuerkante
22	radiale Durchlässe	81	untere Steuerkante
24	Axialdurchlässe	82	Zentral bohrung
28	Schaft	83	Kompressionskammer
29	Ventilfeder	85	Pufferbüchse
30	Rückschlagventil	86	Haitering
40	Steuerzapfen	88	Schulter
42	Innenkammer	89	Aufschlagfläche
44	Querbohrung(en)	90	Bohrkrone
45	verjüngtes Ende	91	Kopf
46	Durchmesserstufe	92	Durchlaß
48	Führungsteil	93	Haltekappe
50	Steuergehäusemantel	94	Ringraum
51	Hülse	95	Schaft
54	Sockel	97	Fußventil
55	Unterteil	100	Steuerbuchse
56	Verteilerkammer	101	Radialdurchlässe
57	Bund	102	Umfangs-Aussparung
60	Ringkammer / Spalt	103	Kolbenverbindung
62	Flansch	104	Ström u ngsbegrenzer
64	Dichtungsring	105	(Blasluft-) Kanal
70	Zylinderbüchse	106	obere Steuerkante
71	Ausblasbohrung	107	untere Steuerkante

Claims

Sch utzansp rüche

1. Pneumatisch angetriebener Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer (10), mit einer oberen Kappe (11) zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit einem Außenrohr (15), mit einem Luftkanäle aufweisenden Steuergehäusemantel (50), dem ein Rückschlagventil (30) auf einem Sockel (54) vorgeordnet ist, mit einer am Außenrohr (15) unten axialverschiebiich gehalterten Bohrkrone (90), deren Kopffläche (89) von einem zentrisch durchbohrten Schlagkolben (75) beaufschlagbar ist, und mit einer diesen führenden Zylinderbüchse (70), die mit einem Steuergehäuse-Unterteil (55) und dem Außenrohr (15) zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Schlagkolbens (75) ein mit dem Steuerzapfen (40) zusammenwirkendes Absperrorgan (100) vorhanden ist, insbesondere ein Schieberventil.

2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan eine mit Radialdurchiässen (101) versehene Steuerbuchse (100) aufweist, die mit dem Schlagkolben (75) fest verbunden oder einstückig ist,

3. Bohrhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbuchse (100) eine solche Axiallänge hat, daß sie in der Aufschlagposition (links in Fig. 1 und 3) des Schlagkolbens (75) die Querbohrungen (44) des Steuerzapfens (40) verschließt.

4. Bohrhammer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbuchse (100) im Bereich der Radialdurchlässe (101) innen eine Umfangsaussparung (102) mit einer oberen und einer unteren Steuerkante (106 bzw. 107) hat.

5. Bohrhammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenkammer (42) und einer von der Zylinderbüchse (70) begrenzten Kompressionskammer (83) insbesondere durch die Umfangsaussparung (102) über die Querbohrungen (44) und die Radialdurchlässe (102) eine Strömungsverbindung in oberen Positionen des Schiagkolbens (75) herstellbar und in unteren Positionen verschließbar ist.

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6. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkammer (42) des Steuerzapfens (40) mit einem Kanal (105) im verjüngten unteren Zapfen-Ende (45) strömungsverbunden oder -verbindbar ist.

7. Bohrhammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Innenkammer (42) und Kanal (105) des Steuerzapfens (40) ein Strömungsbegrenzer (104) angebracht oder anbringbar ist.

8. Bohrhammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbegrenzer (104) ein verrast- oder schraubbarer Verschlußstopfen ist.

9. Bohrhammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsbegrenzer (104) ein verrast- oder schraubbarer Düseneinsatz ist.