DE3315132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstgetriebene Schlagbohrramme zur Herstellung von Erdbohrlöchern der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-OS 25 58 842 ist eine selbstgetriebene pneu­ matische Bohrramme bekannt, die ein hohlzylindrisches Gehäuse mit einem darin fliegend gelagerten Schlagkolben aufweist, der mit seiner vorderen Stirnfläche gegen das eigentliche Bohrwerkzeug schlägt. Ferner ist im Gehäuse ein Steuerglied angeordnet, welches einen Druckmittel- Zufuhrkanal zum Schlagkolben enthält und über diesen die Druckmittelbeaufschlagung des Schlagkolbens steuert. Auf­ grund der starren Festlegung des Steuerglieds im hohlzylin­ drischen Gehäuse ist eine Umschaltung von Bohrbetrieb auf Rückziehbetrieb durch axiale Verstellung des Steuer­ glieds nicht möglich. Darüber hinaus ist ein pneumatischer Druckausgleich zur Festlegung des Steuerglieds während der verschiedenen Druckzyklen nicht vorgesehen.

Die DE-OS 27 35 062 betrifft eine pneumatische Vorrichtung zur Bildung von Bohrlöchern, die ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Schlagbolzen und ein Steuerglied für die Luftverteilung enthält. Das Steuerglied ist aus mehreren Hülsen bzw. Buchsen aufgebaut, wobei die äußere Hülse über ein Gewinde fest mit dem Gehäuse und eine innere axial verschiebbare Hülse mit einem Druckmittelschlauch verbunden ist, so daß relative Vorschubbewegungen des Gehäuses gegenüber der mit dem Druckmittelschlauch verbun­ denen Hülse möglich sind. Eine Betriebsumstellung von Vorwärts- auf Rückwärts-Betrieb und insbesondere ein pneu­ matischer Ausgleich der auf das Steuerglied einwirkenden Drücke ist auch bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen.

Eine aus der DE-OS 29 11 837 bekannte Steuerung für selbst­ getriebene Rammbohrgeräte mit einem hohlzylindrischen Gehäuse und einem Schlagkolben enthält eine Steuerbuchse, die drehbar und in Axialrichtung fixiert im Gehäuse ange­ ordnet ist. Eine axiale Verstellung des Steuerglieds und ein pneumatischer Druckausgleich ist auch bei dieser be­ kannten Steuerung weder vorgesehen, noch möglich.

Die DE-AS 20 09 133 betrifft eine Schlagvorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen, die eine in einem Gehäuse axial verschiebbare Buchse enthält, welche die Druckluftzufuhr an eine hintere Arbeitskammer zur Erhöhung der Schlagarbeit steuert.

Aus der DE-PS 31 03 547 ist eine Steuervorrichtung für den Vor- und den Rücklauf von selbstgetriebenen pneumati­ schen Bohrgeräten bekannt, deren rohrförmiges Steuerglied an einem im hinteren Teil des Gehäuses angeordneten Lager­ ring verdrehbar und axial unverschiebbar festgelegt ist. Ein pneumatischer Druckausgleich zur Kompensation der auf die Steuerhülse einwirkenden Kräfte ist nicht vorge­ sehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer selbstge­ triebenen umsteuerbaren Bohrramme mit einfach zu betätigen­ dem Umsteuermechanismus und von sicherer Wirkung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 schematisch im Querschnitt aufeinander­ folgende Stellungen des Hammers während eines Arbeitszyklus im Vorwärtsbetrieb;

Fig. 4 bis 6 entsprechend Fig. 1 bis 3 die aufeinan­ derfolgenden Stellungen des Hammers im Rückwärtsbetrieb;

Fig. 7 und 8 alternative Bohrköpfe.

Die in Fig. 1 dargestellte Bohrramme enthält ein hohlzy­ lindrisches Gehäuse 20 mit einem Hohlraum 19 und einem Bohrkopf 21 am vorderen Gehäuseende, der nach Fig. 1 bis 6 die Form eines Meißels hat. Im Hohlraum 19 ist ein Schlag­ kolben 22 fliegend gelagert, in dem ein über Steuer­ öffnungen 26 mit dem Hohlraum 19 verbundener Hauptzylinder 23 ausgebildet ist. Ein im Hauptzylinder 23 verschiebbarer Steuerkolben 24 ist mit einem Schaft 30 verbunden, der in einem am Gehäuse 20 unbeweglich befestigten Tragblock 27 verschiebbar gelagert ist. Der Tragblock 27 hat Auslaß­ kanäle 28, die einen freien Durchtritt von Arbeitsdruck­ mittel längs des Hohlraums 19 gestatten. Der Tragblock 27 hat einen Ausgleichzylinder 31 mit einem am Schaft 30 be­ festigten Ausgleichkolben 32. Der Steuerkolben 24, der Schaft 30 und der Ausgleichkolben 32 bilden ein Steuer­ glied 25, das durch eine Vorspannfeder 18 in die darge­ stellte Stellung vorgespannt ist.

Der Schaft 30 enthält einen Einlaßkanal 29 zur Zufuhr des Arbeitsdruckmittels zum Hauptzylinder 23 und eine Entlüf­ tung 33, die den Einlaßkanal 29 mit dem hinteren Teil des Ausgleichszylinders 31 verbindet.

Die Fig. 2 bis 5 ergänzen die Fig. 1 und zeigen dieselben Teile in unterschiedlichen Stufen im Arbeitszyklus. Zu Beginn des Arbeitszyklus wird die Stellung von Fig. 1 be­ trachtet.

Gemäß Fig. 1 führt der Einlaßkanal 29 das Arbeitsdruckmit­ tel in den Hauptzylinder 23 und auch über die Entlüftung 33 in den Ausgleichszylinder 31. Der Druck im Hauptzylin­ der 23 beschleunigt den Schlagkolben 22, der sich zum Bohrkopf 21 bewegt. Das durch diese Bewegung verdrängte Arbeitsdruckmittel strömt durch die Steueröffnungen 26 und die Auslaßkanäle 28 zur Rückseite der Bohrramme, bis die Steueröffnungen 26 durch den Steuerkolben 24 bedeckt sind. Der Druck im Hauptzylinder 23 wirkt auch auf das Steuer­ glied 25, das aber durch den Druck im Ausgleichszylinder 31 ausgeglichen ist. Auf diese Weise schiebt das Auslaß­ druckmittel das Steuerglied 25 nicht zurück, sondern das Steuerglied 25 wird von der Vorspannfeder 18 in der vorde­ ren Stellung gehalten. Die Reaktion aus der Beschleunigung des Schlagkolbens 22 wird über das Steuerglied 25 und den Tragblock 27 auf das Gehäuse 20 übertragen. Beim Bohren genügt die Reibung des Erdreichs, um dieser Reaktion zu widerstehen, so daß sich die Bohrramme nicht rückwärts bewegt.

In der Stellung nach Fig. 2 befinden sich die Steueröff­ nungen 26 vor dem Steuerkolben 24. In dieser Phase strömt das Arbeitsdruckmittel durch die Steueröffnungen 26, so daß der Druck im Hohlraum 19 gleich dem Druck im Haupt­ zylinder 23 wird. Da der Außenquerschnitt des Schlagkol­ bens 22 größer als der Innenquerschnitt des Hauptzylinders 23 ist, wirkt eine freie Gegenkraft auf den Schlagkolben 22 ein. Befindet sich das Steuerglied 25 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, so hält der Schlagkolben 22 jedoch nicht an, bevor er auf den Bohrkopf 21 trifft, vgl. Fig. 3.

Durch die vom Schlagkolben 22 auf den Bohrkopf 21 über­ tragene Schlagenergie wird der vor der Bohrramme befind­ liche Boden vom Bohrkopf 21 aufgebrochen und nach den Seiten verdrängt. Da die Schlagenergie größer als der Reibungswiderstand der Bohrramme ist, bewegt sich die Bohrramme insgesamt vorwärts.

Nach dem Aufprall beginnt die Rückbewegung des Schlagkol­ bens 22 durch einen von der Elastizität des Meißels er­ zeugten Rückprall und durch einen nach rückwärts wirkenden Schub, der von dem auf den größeren Außenquerschnitt des Schlagkolbens 22 einwirkenden Arbeitsdruckmittel erzeugt wird.

Der Schlagkolben 22 wird nach rückwärts getrieben, bis die Steueröffnungen 26 vom Steuerkolben 24 geschlossen sind, woraufhin sich der Schlagkolben 22 aufgrund seiner Masse­ trägheit bis in die in Fig. 1 gezeigte Stellung weiterbe­ wegt. Wenn die Steueröffnungen 26 vom Steuerkolben 24 freigegeben werden, wird der Druck im Hohlraum 19 über die Steueröffnungen 26 und die Auslaßkanäle 28 abgebaut. Auf diese Weise bewegt sich der Schlagkolben 22 gegen den nicht ausgeglichenen Druck des Arbeitsdruckmittels, und wird bis zum Stillstand abgebremst, bevor er auf den Trag­ block 27 aufprallen kann. Damit ist der Arbeitszyklus be­ endet. Die beschriebene Arbeitsfolge wiederholt sich, so­ lange Arbeitsdruckmittel über den Einlaßkanal 29 zugeführt wird.

Die Reibung im Bohrloch verhindert eine Rückbewegung der Bohrramme, deren Außenfläche zur Erhöhung dieser Reibung gezahnt sein kann. Wenn der Schlagkolben 22 auf den Bohr­ kopf 21 auftrifft, wird der Meißel in das davor befind­ liche Erdreich vorgeschoben, wodurch eine neue Bohrung erzeugt wird und der Aufprall die Bohrramme vortreibt. Wenn ein Stein angetroffen wird, kann die Bohrramme einige Arbeitszyklen lang stehenleiben, bis der Stein zerbrochen ist, wenn der Vortrieb andauert.

Im Betrieb zieht die Bohrramme eine nicht dargestellte biegsame Leitung in das Bohrloch und das Arbeitsdruck­ mittel wird über eine durch die Leitung hindurchgeführte Druckleitung 35 zugeführt. Das Arbeitsdruckmittel ist vorzugsweise Druckluft mit einem Druck von 5 bis 10 bar. Diese Druckluft wird zweckmäßig von einem kleinen Kom­ pressor geliefert.

Manchmal ist es erforderlich, die Bohrramme aus ihrem Bohrloch herauszuziehen, z. B. wenn sie auf ein unerwar­ tetes Hindernis trifft, das zu hart ist, um aufgebrochen werden zu können. Die Bohrramme nach der Erfindung hat einen Rückwärtsbetrieb, bei dem sie durch ihr eigenes Bohrloch rückwärts wandert. Dieser Rückwärtsbetrieb wird im folgenden in Verbindung mit Fig. 4 bis 6 beschrieben.

Im Rückwärtsbetrieb ist das Steuerglied 25 in eine in Fig. 4 dargestellte rückwärtige Stellung verschoben. Der Aus­ gleichskolben 32 und der Ausgleichszylinder 31 sind so an­ geordnet, daß kein Druck des Arbeitsdruckmittels dieser durch die Spannung der Vorspannfeder 18 leicht bewirkten Einstellung entgegenwirkt.

Als eine nicht dargestellte Abänderung ist ein Riegel vorgesehen, der das Steuerglied 25 in der rückwärtigen Stellung hält.

Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, tritt das Ar­ beitsdruckmittel in den Hauptzylinder 23 ein und beschleu­ nigt den Schlagkolben 22 zum Bohrkopf 21. Gemäß Fig. 2 tritt das Arbeitsdruckmittel in den Hohlraum 19 ein, wenn die Steueröffnungen 26 vom Steuerkolben 24 freikommen. Gemäß Fig. 5 tritt dies aber auf, wenn der Schlagkolben 22 vom Bohrkopf 21 weiter beabstandet ist, so daß der Gegendruck im Hohlraum 19 den Schlagkolben 22 anhält, bevor er auf den Bohrkopf 21 auftrifft. Der Schlagkolben 22 bewegt sich daher, wie oben beschrieben, rückwärts, bis die Steueröffnungen vom Steuerkolben freikommen. Dies findet soweit hinten statt, daß der Schlagkolben 22 auf den Tragblock 27 auftrifft, vgl. Fig. 6. Dieser Aufprall treibt die Bohrramme rückwärts. Er hält auch den Hammer an, so daß sich der Arbeitszyklus wiederholt.

Gemäß Fig. 1 bis 6 hat der mit dem Gehäuse 20 einstückig ausgebildete Bohrkopf 21 die Form eines Meißels. Da der Meißel sich schneller als die Bohrramme abnützt, kann der Meißel beispielsweise durch eine Schraubverbindung am vor­ deren Ende der Bohrramme befestigt sein. Es konnen auch andere Meißelformen, z. B. gemäß Fig. 7 und 8, verwendet werden.

Gemäß Fig. 7 hat der Bohrkopf einen abgestuften Meißel 10, der an einer Stange 11 befestigt ist, an deren hinterem Ende ein Gegenlager 12 vorgesehen ist. Die Stange 11 ist in einem Lager 15 verschiebbar gelagert, das am vorderen Ende des Gehäuses 20 vorgesehen ist. Eine um die Stange 11 schraubenförmig gewickelte Feder 13 hält den Meißel 10 in der Nähe des Endes der Bohrramme.

Die Anordnung von Fig. 8 gleicht derjenigen von Fig. 7. Die Unterschiede bestehen darin, daß die Feder in Fig. 7 eine größere Härte als diejenige in Fig. 8 hat. Auch ist bei der Anordnung gemäß Fig. 7 die Endfläche 14 weiter vom Gegenlager 12 als in Fig. 8 entfernt.

Im folgenden wird der Betrieb der beiden Bohrköpfe beschrieben.

Bei beiden Ausführungsformen trifft der in Fig. 7 und 8 nicht gezeigte Schlagkolben auf das Gegenlager 12, wobei anfänglich die Aufprallkraft auf den Boden übertragen wird. In Fig. 7 machen es die Bewegungsstrecke der Stange 11 und die hohe Härte der Feder 13 unwahrscheinlich, daß das Gegenlager die Endfläche 14 berührt. Es wird ein sehr geringer Stoß auf das Gehäuse 20 übertragen, da die Kraft durch die Feder 13 weitergeleitet wird.

In Fig. 8 wird der anfängliche Aufprall vollständig durch die Konstruktion aufgenommen, jedoch machen es die schwa­ che Feder und die kurze Bewegungsstrecke der Stange sehr wahrscheinlich, daß das Gegenlager die Endfläche 14 be­ rührt. Auf diese Weise erfolgt der Vortrieb schlagförmig. Da der Boden den Anfangsstoß aufnimmt, ist die Stoßwirkung am Gehäuse 20 geringer als im Fall eines starren Meißels gemäß Fig. 1 bis 6.

Die beschriebene Bohrramme eignet sich zum Umsteuern und Starten. Für das Umsteuern wird das Steuerglied 25 zwi­ schen seinen beiden Stellungen bewegt, während sich der Schlagkolben 22 in Bewegung befindet und die Zufuhr an Arbeitsdruckmittel aufrechterhalten wird. Auf diese Weise kann die Bohrramme von "Vorwärts" auf "Rückwärts" (und um­ gekehrt) ohne Unterbrechung des Betriebs umschalten. Dies ist eine Verbesserung gegenüber bekannten Bohrrammen, die zur Umsteuerung eine Unterbrechung der Druckmittelzufuhr erfordern, da diese einmal angehaltenen Bohrrammen nicht neu starten können, da sich der Schlagkolben in einer Gleichgewichtsstellung befinden kann.

Es ist möglich, daß der Schlagkolben 22 in einer Zwischen­ stellung zur Ruhe kommen kann, in der er sich im Gleichge­ wicht befindet, wenn er vom Arbeitsdruckmittel beauf­ schlagt wird. Bei einer Bohrramme nach der Erfindung stört eine Bewegung des Steuerglieds 25 bei unter Druck befind­ lichem Arbeitsdruckmittel das Gleichgewicht und startet den Betrieb.

Claims (7)

1. Selbstgetriebene Bohrramme zur Herstellung von Erdboh­ rungen mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, in dem ein Schlagkolben fliegend gelagert und ein Steuerglied mit einem Druckmittelkanal zur Steuerung der Druckmittelbe­ aufschlagung des Schlagkolbens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (25) axial verschiebbar ist und einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Ausgleichszylinder (31) aufweist, der im Betrieb den auf das Steuerglied (25) wir­ kenden Rückwärtsdruck durch einen Vorwärtsdruck aus­ gleicht.

2. Bohrramme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schlagkolben (22) ein Hauptzylinder (23) ausgebil­ det ist und daß das Steuerglied (25) einen im Hauptzylin­ der (23) angeordneten Steuerkolben und einen Einlaßkanal (29) zur Druckmittelzufuhr in den Hauptzylinder (23) auf­ weist.

3. Bohrramme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (25) einen Ausgleichskolben (32) auf­ weist, welcher in dem am Gehäuse (20) befestigten Aus­ gleichszylinder angeordnet ist und daß der Ausgleichszy­ linder (31) über eine Querbohrung (33) mit dem Einlaßkanal (29) im Steuerglied (25) derart verbunden ist, daß ein vorwärtsgerichteter Druck am Ausgleichskolben (32) einem rückwärtsgerichteten Druck am Hauptzylinder (23) entgegen­ wirkt.

4. Bohrramme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (25) aus einer vorderen Stellung für Bohrbetrieb in eine rückwärtige Stellung für selbsttätige Rückziehbewegungen axial verstellbar ist.

5. Bohrramme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (25) in der Stellung für den Bohrbe­ trieb durch eine Feder (18) vorgespannt und in die Stel­ lung für die selbsttätigen Rückziehbewegungen durch einen wahlweise betätigbaren Riegel verstellbar ist.

6. Bohrramme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen in der Gehäusestirnwand längsverschiebbar gelagerten Bohrkopf (10), der mit einem im Gehäuseinneren angeordne­ ten Gegenlager (12) für den Schlagkolben (22) fest verbun­ den ist.

7. Bohrramme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine gezahnte Außenfläche.