EP0004946B1 - Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer - Google Patents

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EP0004946B1
EP0004946B1 EP79101125A EP79101125A EP0004946B1 EP 0004946 B1 EP0004946 B1 EP 0004946B1 EP 79101125 A EP79101125 A EP 79101125A EP 79101125 A EP79101125 A EP 79101125A EP 0004946 B1 EP0004946 B1 EP 0004946B1
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EP
European Patent Office
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drill hammer
hammer according
slide tube
control means
tube
Prior art date
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Expired
Application number
EP79101125A
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English (en)
French (fr)
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EP0004946A1 (de
Inventor
Hans-Philipp Walter
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Original Assignee
Individual
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatically driven hammer drill, in particular a deep hole hammer, with an outer tube and through hole in an upper cap for connection to a compressed air source and optionally to a drill pipe, with the control device supported on the cap, control body and with the control device positively connected cylindrical slide tube which can be moved up and down along a drilled percussion piston in the outer tube, and with a radially divided lower retaining cap of disharmonious polygon inner profile, in which a likewise drilled-through polygon shaft of a drill bit provided with flushing bores is movably held up and down.
  • Such hammer drills are known from DE-A-26 09 376.
  • DE-A-23 62 724 and GB-A-1 419981 also describe deep hole drilling hammers, in which, however, the sliding tube itself is movably mounted up and down and protrudes into the head of the drill bit , which has considerable disadvantages.
  • the lower hammer parts experience wear relatively quickly, which can lead to canting of the drill bit with a risk of breakage for the end of the guide tube.
  • the serration of the drill bit shaft provided for rotary driving is deformed or jammed, at least when an eccentric position of the sliding tube causes a force transmission to the outer tube or from there.
  • an intermediate piston is arranged between the percussion piston and the drill bit head and is guided at least in part on the slide tube and that the lower part of the control device has or forms an insert, the surfaces of which in the slide tube are positively connected to it.
  • the hammer either runs in intermittent operation, the impact can be switched on and off, or overall continuously.
  • the impact of the impact piston is transferred to the drill bit by the intermediate piston, which has an important buffer function. It contributes significantly to the air flow and causes a vibration effect with continuous air strikes even when the percussion piston is intercepted by an air cushion with a deeply immersed intermediate piston or sagging drill bit and no longer strikes the intermediate piston. Cold forging deformation in idle mode is therefore excluded here as well as on the drill bit head. Due to the good guidance of the intermediate piston, in particular in a buffer sleeve which is inserted into the outer tube, a safe function with good control of the hammer operation is maintained for a long time, in contrast to embodiments according to US Pat. Nos. 2,661,928 and 2,851,251, where an upper and a lower piston can tilt very easily and the buffer effect caused by the invention is missing.
  • the casing body provided according to claims 4 and 5 and its outer groove profile allow the hammer to be opened much more easily than before in the event of malfunctions or chisel changes.
  • Conventional rotary hammers can sometimes not be loosened at all, while others in the casing are severely weakened and have predetermined breaking points.
  • the application of the necessarily heavy tool creates a high risk of accidents, since it slips and falls easily with conventional designs.
  • a closed tool can be used, which is temporarily fixed by one or more bolts on the circumference of the hammer, in particular the casing body.
  • the embodiment according to claim 6 creates a multi-channel inner tube control system that works extremely reliably with a simple and stable structure.
  • a four-channel system with intersecting pairs of opposite exhaust and return stroke channels is particularly favorable; this ensures that the air flows out very evenly and the piston cannot jam.
  • a particularly good coordination is achieved by the features of claims 7 and 8 between the buffering area and the lower opening to the return stroke channel.
  • the dimensioning can be such that the greatest performance is achieved with a half-sagging drill bit, while with increasing bit travel there is a gradual decrease in performance until pure buffer operation, which prevents the bit head and the stop parts from being smashed.
  • the buffer sleeve is provided with adapted ventilation grooves in order to transfer the impact energy to the maximum, whereby the buffer effect starts somewhat delayed, but the piston is not caught too early or too strongly.
  • An advantageous simplification further consists in the measures of claim 9, since - in contrast to the prior art - only minimal machining of the sliding tube is necessary.
  • Several, distributed over the length of the guide tube for each channel provides the embodiment according to claim 10, wherein an air extension takes place through the upper shut-off hole, which has a larger width than the lower shut-off hole leading into the return stroke channel, despite the intermediate piston located in the lower end position can. Therefore, the hammer can continue to run while the buffering effect persists, or the hammer is turned off and the air flows out.
  • the air which continues to flow intermittently or continuously, causes a good flushing on or around the drill bit, even while the percussion piston no longer comes into metallic contact with the intermediate piston due to the air spring formed.
  • the measure of claim 11 contributes to this, since the enlarged head of the intermediate piston exactly limits the buffer volume when entering an upper annular space of the buffer sleeve.
  • a check valve - if at all - was usually only arranged in the upper hammer part above the control unit, so that when the hammer was switched off, its lower part was fully exposed to the penetration of cuttings, dust, water, etc.
  • a threaded stopper provided according to claim 15 on the head of the lower control housing part can, if necessary, be designed as a nozzle which, with a predetermined cross-section, enables additional air passage if desired.
  • the control can be changed as required by replacing the threaded plug. It can be omitted if, for use as a hammer drill with water flushing, the entire control housing is penetrated by a central tube or bore through which water can be introduced.
  • the hammer drill 10 shown has an outer tube 12 and an upper cap 14, which is provided with a threaded connection 16 and wrench flats 18 and has a through hole 20.
  • a suitable connection can be attached to the rotary hammer 10 by simply changing the cap 14.
  • the cap 14 screws with a jacket body 22, which in turn is screwed to the outer tube 12 and comes into contact with the collar or shoulder 28 thereof.
  • a grooved profile 24 is provided on the outside of the jacket body 22, via which a closed key (not shown) can be pushed and fixed in the circumferential and axial directions by at least one socket pin.
  • the hammer drill 10 can also have a corresponding groove profile at other points, for example at its lower end.
  • the upper part 30 of a three-part control device is supported on the cap 14 in the jacket body 22 via buffer rings 26 and 27, which can be made of elastomers such as polyurethane.
  • the upper part 30 has a number of oblique channels 36 distributed over the circumference.
  • On its underside it has a valve seat 38 for a control body 40, which between a valve support 42 of the control device middle part 32 and the valve seat 38 of the upper part 30 in Movable axially back and forth and guided centrally in the central part 32.
  • the latter is provided with a number of oblique channels 44 distributed over the circumference and, following the control body 40, with a chamber 48.
  • outer and side channels 46 lead to the head of the lower part 34, at least one of which opens out at bores 52 which are machined into the head of the lower part 34 of the control device.
  • An axial section of the bores 52 is closed with a threaded plug 54 which, if necessary, can be replaced by a nozzle of a suitable diameter.
  • a number of passages 50 distributed over the circumference create a flow connection between the chamber 48 and an annular space 55 in the interior of the outer tube 12.
  • An insert 62 is integral with the control device lower part 34, on which a sliding tube 60 connected to it integrally is seated. To secure this attachment, a screw connection (not shown) may be present.
  • the lower part 34 or the insert 62 and the sliding tube 60 are penetrated by a cross section 58 with a precise fit just below a collar 35. This is dimensioned in length so that it fits into the inside width of a collar 56 of the casing body 22 and is thereby secured against movements in the direction of its axis.
  • the insert 62 has, as can be seen from FIGS. 2 and 3, partitions 64 which connect to one another in a star shape in cross-section and bear with surfaces 66 on the inside of the sliding tube 60. The length of the insert 62 can match that of the sliding tube 60 or, as drawn in FIGS. 1 b and 2, may be somewhat shorter.
  • an inwardly projecting collar 61 which is chamfered and serves as a valve seat for the valve body 59 of a check valve.
  • the body 59 is slidably supported on a pin 63 which extends the insert 62 coaxially and is supported against its end, to which nuts 63a can be screwed in a suitable manner, by means of a compression spring 65 which partially dips into the body 59.
  • the sliding tube 60 each has a preferably elongated outlet 69 (shown in broken lines in FIG. 1b) for two exhaust channels 67, which are formed by the four web walls 64 of the insert 62 together with two return stroke channels 68.
  • the arrangement is preferably such that the diametrically opposite exhaust ducts 67 have a larger cross section than the return stroke ducts 68; the ratio of the cross sections can be 3: 2, for example.
  • the sliding tube 60 At the lower end of the sliding tube 60, it has a lateral ventilation opening 74 for establishing a flow connection between each return stroke channel 68 and a compression space 76, which is provided between the outer tube 12 and the sliding tube 60 below a percussion piston 70.
  • a lateral ventilation opening 74 Above the ventilation openings 74, an upper idle or shut-off hole 71 leads to the exhaust ducts 67, while below the openings 74 a smaller lower shut-off hole 73 opens into a chamber 115, which is located in the sliding tube 60 at the lower end of the insert 62.
  • the percussion piston 70 is guided in the outer tube 12 and provided with circumferential grooves 72. Its lower end faces axially opposite the head 82 of an intermediate piston 80. Percussion piston 70 and intermediate piston 80 slide along tube 60.
  • the intermediate piston 80 is partially guided on the sliding tube 60 and in a buffer sleeve 78 which is inserted into the outer tube 12 from below and has adapted longitudinal grooves 79.
  • the intermediate piston 80 has two or more radial outlets 84; In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 b, 5 and 6, there are three such radial outlets 84 which establish the flow connection to a lower annular space 88.
  • An upper annular space 86 connects to the compression space 76 in the buffer sleeve 78.
  • a retaining cap 90 which is formed in two parts, held together by pins 92 and screwed into the outer tube 12 from below, serves to fasten both the buffer sleeve 78 and a drill bit 94.
  • the holding cap 90 has a disharmonious polygonal profile, in particular of the PC4 type, as described in DE-A-26 09 376.
  • the drill bit 94 has a head 106 with an enlarged diameter and a shank 96 which - as can be seen in FIG. 4 - has a precisely adapted polygonal profile with slightly curved surfaces and strongly rounded edges.
  • axial grooves 98 which lead via an annular gap 100 to recesses 112, which are also in fluid communication with the space outside of the hammer drill 10 or the drill bit 94 when the latter is in contact with a collar 110 at the lower end of the holding cap 90 .
  • the chisel head 106 can move down to a stop 108 at which the polygon inner profile of the holding cap 90 ends at the top.
  • a through hole 102 of the drill bit 94 leads to the drill bit 104 and branches therein, as indicated by dashed lines in FIG. 1b.
  • the hammer drill 10 It is essential for the hammer drill 10 according to the invention that it enables a robust construction with high space utilization with simplified and improved control. Practical designs with outer tube diameters from 80 mm to 135 mm have achieved surprising drilling progress in operation with a pressure of 13 bar, even in unfavorable rock conditions. This contributes to the fact that the intermediate piston 80 guided in the buffer sleeve 78 is constantly on the drill bit head 106 and thus either releases the return air bore 74 or closes it (partially or completely). If the Head 82 of the intermediate piston 80 completely into the upper annular space 86, the compression space 76 located above prevents the impact piston 70 from striking through its air cushion.
  • the impact piston 70 springs back upwards, whereby - if the other requirements are met - drill bits 94 and intermediate piston 80 can also drive back.
  • the strokes of the percussion piston 70 which occur continuously with the hammer 10 running continuously, produce sequences of air blasts which, in addition to a vibration effect, bring about high gas accelerations and thereby substantially support the drilling work or enable intermittent operation with correspondingly dimensioned shut-off holes 71, 73.
  • the lower annular space 88 serves primarily for air distribution to the ventilation channels 98, 100, 112. This complete ventilation allows the drill bit head 106 to move down to the stop shoulder 108 of the retaining cap 90. Between this and the drill bit there is a practically wear-free polygon guide, which allows the transmission of torques over a wide range even with large axial forces.
  • the conventionally given risk of breakage for the lower end of the sliding tube is eliminated according to the invention in a simple and effective manner.
  • the sliding tube 60 is optimally protected by its connection to the insert 62 or the lower control housing part 34, especially since the drill bit 94 never comes into contact with the sliding tube 60.
  • the upper parts 30, 32 of the control device are greatly simplified, which not only greatly simplifies manufacture and assembly, but also increases functional reliability.
  • the available cross sections are used optimally.
  • effective assembly and disassembly aids are provided in the form of the key grooves 24 and key surfaces 18, which considerably shorten the set-up and downtimes compared to conventional rotary hammers.
  • the clear structure ultimately helps to facilitate and accelerate maintenance and repair work without the mechanical and wear resistance being impaired in any way. While the mode of operation largely corresponds to that of the deep hole hammer drill according to DE-A-26 09 376, the versatility of use and the cost-effectiveness of use are considerably increased.
  • a central tube 113 (shown in dashed lines in FIGS. 1b and 1b), which passes through the control device upper part 30 and middle part 32 and projects into the lower part 34, where a central bore 114 (indicated by dashed lines in FIG. 3) connects in the insert 62 , water can be introduced and the device can therefore also be used as a hammer drill with water flushing. It can be seen that no additional effort is required for this; the threaded plug 54 can be omitted or modified accordingly.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, mit einem Außenrohr und Durchgangsloch in einer oberen Kappe zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit an der Kappe abgestützter Steuervorrichtung, Steuerkörper und mit der Steuervorrichtung formschlüssig verbundenem zylindrischem Gleitrohr, an dem entlang ein durchgebohrter Schlagkolben im Außenrohr auf und ab beweglich ist, und mit einer radial geteilten unteren Haltekappe von disharmonischem Polygon-Innenprofil, in dem ein ebenfalls durchgebohrter Polygonschaft eines mit Spülbohrungen versehenen Bohrmeißels auf und ab beweglich gehaltert ist.
  • Derartige Bohrhämmer sind aus der DE-A-26 09 376 bekannt. In ähnlicher Ausgestaltung, jedoch ohne Polygon-Profilelemente, beschreiben auch die DE-A-23 62 724 und die GB-A-1 419981 Tieflochbohrhämmer, bei denen allerdings das Gleitrohr selbst auf und ab beweglich gelagert ist und bis in den Kopf des Bohrmeißels hineinragt, was beachtliche Nachteile hat. Im rauhen Bohrbetrieb erfahren nämlich die unteren Hammerteile verhältnismäßig rasch einen Verschleiß, der zur Verkantung des Bohrmeißels mit Bruchgefahr für das Gleitrohr-Ende führen kann. Auch ist es möglich, daß die zur Drehmitnahme vorgesehene Kerbverzahnung des Bohrmeißelschaftes verformt oder verklemmt wird, jedenfalls wenn eine außermittige Stellung des Gleitrohrs eine Kraftübertragung auf das Außenrohr oder von dort bewirkt. Ungünstig ist ferner, daß bei plötzlichen Löchern oder Kavernen im Gestein die eigentliche Bohrarbeit aufhört, weil der Bohrmeißel durchsackt, der dann vom Schlagkolben in einer Art Kaltschmiedevorgang nutzlos bearbeitet wird, wobei die Außenteile wie Haltering, Anschlagschultern usw. beschädigt werden können.
  • Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, einen Bohrhammer der eingangs genannten Art zwecks wirtschaftlicher Fertigung und erleichterter Wartung im Aufbau zu vereinfachen und zugleich seine Bohrleistung zu verbessern, wobei vor allem bei durchhängendem oder auf lockeres Gestein treffendem Bohrmeißel ein ungestörter Hammerbetrieb gewährleistet sein soll.
  • Bei einem Bohrhammer des erwähnten Typs ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen Schlagkolben und Bohrmeißelkopf ein Zwischenkolben angeordnet und wenigstens stückweise auf dem Gleitrohr geführt ist und daß der untere Teil der Steuervorrichtung einen Einsatz aufweist oder bildet, dessen im Gleitrohr anliegende Flächen mit diesem formschlüssig verbunden sind.
  • Dank dieser Ausbildung läuft der Hammer entweder im Aussetzbetrieb, wobei die Schlagwirkung zu- und abschaltbar ist, oder insgesamt kontinuierlich. Die Wucht des Schlagkolbens wird auf den Bohrmeißel von dem Zwischenkolben übertragen, der eine wichtige Pufferfunktion hat. Er trägt wesentlich zur Luftführung bei und bewirkt einen Vibrationseffekt mit fortlaufenden Luftschlägen auch dann, wenn bei tief eingetauchtem Zwischenkolben bzw. durchhängendem Bohrmeißel der Schlagkolben von einem Luftpolster abgefangen wird und nicht mehr auf dem Zwischenkolben auftrifft. Eine Kaltschmiede-Verformung im Leerlaufbetrieb ist also hier ebenso wie an dem Bohrmeißelkopf ausgeschlossen. Durch die gute Führung des Zwischenkolbens, insbesondere in einer Pufferbüchse, die in das Außenrohr eingesetzt ist, bleibt eine sichere Funktion mit guter Steuerung des Hammerbetriebes langzeitig erhalten, im Gegensatz etwa zu Ausführungsformen nach den US-A-2 661 928 und 2 851 251, wo ein oberer und ein unterer Kolben sehr leicht verkanten können und die erfindungsgemäß bewirkte Pufferwirkung fehlt.
  • Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 bieten große fertigungstechnische Vorteile und gewährleisten eine zusätzliche Sicherung der Formschluß-Verbindung zwischen Gleitrohr und Steuervorrichtung. Verglichen mit den eingangs genannten älteren Konstruktionen ergeben sich große Einsparungen bei Herstellung und Montage. Infolge des sehr einfachen Aufbaues ist die Steuerung weiter verbessert, da die Zu- und Abluft gerade im mittleren Steuerteil mit wenig Umlenkung in weiten Querschnitten geführt ist.
  • Der gemäß den Ansprüchen 4 und 5 vorgesehene Mantelkörper und sein äußeres Rillenprofil gestatten wesentlich leichter als bisher das Öffnen des Hammers bei Störungen oder Meißelwechsel. Herkömmliche Bohrhämmer lassen sich zum Teil gar nicht lösen, während andere im Mantel stark geschwächt sind und geradezu Sollbruchstellen aufweisen. Vielfach bewirkt das Ansetzen des notwendigerweise schweren Werkzeugs eine hohe Unfallgefahr, da es bei herkömmlichen Konstruktionen leicht abrutscht und herunterfällt. Erfindungsgemäß kann hingegen ein geschlossenes Werkzeug benutzt werden, das durch einen oder mehrere Bolzen am Umfang des Hammers, insbesondere des Mantelkörpers, vorübergehend festgelegt wird.
  • Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 schafft ein Mehrkanal-Innenrohr-Steuersystem, das bei einfachem und stabilem Aufbau überaus betriebszuverlässig arbeitet. Günstig ist namentlich ein Vierkanalsystem mit sich kreuzenden Paaren von gegenüberliegenden Auspuff- und Rückhubkanälen; hierbei ist sehr gleichmäßiges Ausströmen der Luft gewährleistet, und der Kolben kann nicht verklemmen.
  • Durch die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 erzielt man eine besonders gute Abstimmung zwischen Pufferungsraum und unterer Öffnung zum Rückhubkanal. Die Bemessung kann dabei so getroffen sein, daß schon bei etwa halb durchhängendem Bohrmeißel die größte Leistung erzielt wird, während bei zunehmendem Meißelweg eine allmähliche Leistungsabnahme bis zum reinen Pufferbetrieb stattfindet, durch den ein Zerschlagen des Meißelkopfes und der Anschlagteile verhindert wird. Die Pufferbüchse ist mit angepaßten Entlüftungsnuten versehen, um die Schlagenergie maximal zu übertragen, wobei der Puffereffekt etwas verzögert einsetzt, der Kolben aber auch nicht zu früh bzw. zu stark abgefangen wird.
  • Eine vorteilhafte Vereinfachung besteht ferner in den Maßnahmen des Anspruchs 9, da hierdurch - im Gegensatz zum Stand der Technik - nur eine minimale Bearbeitung des Gleitrohres notwendig ist. Mehrere, über die Länge des Gleitrohres verteilte Bohrungen für jeden Kanal sieht die Ausgestaltung nach Anspruch 10 vor, wobei durch die obere Abstellbohrung, die eine größere Weite hat als die in den Rückhubkanal führende untere Abstellbohrung, trotz in der unteren Endlage befindlichem Zwischenkolben ein Luftausschub stattfinden kann. Daher kann der Hammer ständig weiterlaufen, während der Puffereffekt bestehenbleibt, oder der Hammer wird abgestellt und die Luft strömt aus.
  • Die weiterhin stoßweise oder kontinuierlich austretende Luft bewirkt eine gute Spülung an der bzw. um die Bohrkrone, auch während der Schlagkolben mit dem Zwischenkolben durch die gebildete Luftfeder keine metallische Berührung mehr erlangt. Dazu trägt die Maßnahme des Anspruchs 11 bei, da der erweiterte Kopf des Zwischenkolbens beim Einfahren in einen oberen Ringraum der Pufferbüchse das Puffervolumen exakt begrenzt.
  • Die radialen Auslässe des Zwischenkolbens an seinem unteren Ende stehen mit Lufträumen in und um den Bohrmeißel in Verbindung. Dessen Ausgestaltung nach den Ansprüchen 12 und 13 gewährleistet eine einwandfreie Luftführung in jeder beliebigen Axialstellung des Bohrmeißels. Das disharmonische Polygonprofil ist nicht nur für die drehende Mitnahme günstiger als jede Evolventenverzahnung; sondern ermöglicht es auch, axiale Luitführungskanäle ohne nachteilige Materialschwächung oder Querschnittsverringerung bequem unterzubringen. ,
  • Durch Verwendung eines unten sitzenden Rückschlagventils nach Anspruch 14 ist das Innere des Hammers zuverlässig geschützt und zugleich die Luftführung weiter verbessert; ein »stehendes« Luftpolster, das durch hochfrequente adiabatische Kompression rasch überhitzt würde, vermag sich daher nicht zu bilden. Nach dem Stand der Technik war ein Rückschlagventil - sofern überhaupt - üblicherweise nur im oberen Hammerteil über der Steuerung angeordnet, so daß beim Abstellen des Hammers sein unterer Teil dem Eindringen von Bohrklein, Staub, Wasser usw. voll ausgesetzt war. Zusätzlich kann ein gemäß Anspruch 15 am Kopf des unteren Steuergehäuseteils vorgesehener Gewindestopfen im Bedarfsfall als Düse ausgebildet sein, die bei vorgegebenem Querschnitt einen zusätzlichen Luftdurchlaß ermöglicht, wenn das erwünscht ist. Durch Austausch des Gewindestopfens kann die Steuerung nach Bedarf verändert werden. Er kann entfallen, wenn für die Verwendung als Bohrhammer mit Wasserspülung laut Anspruch 16 das gesamte Steuergehäuse von einer Zentralröhre bzw. -bohrung durchsetzt ist, durch die Wasser eingeleitet werden kann.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt
    • Fig. 1a + 1b eine Gesamt-Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Bohrhammers, wobei der untere Teil von Fig. lb der Schnittführung entsprechend der Linie Ib-Ib von Fig.4 entspricht,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen unteren Steuervorrichtungsteil mit Gleitrohr,
    • Fig.3 einen Querschnitt entsprechend der Linie 111-111 in Fig. unter Weglassung des dort gezeichneten Sicherungsstiftes,
    • Fig.4 einen Querschnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 1 b,
    • Fig. 5 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Zwischenkolben und
    • Fig. 6 eine Stirnansicht des Zwischenkolbens von Fig. 5.
  • An Fig. 1a ist Fig. 1b unten angesetzt zu denken. Der dargestellte Bohrhammer 10 hat ein Außenrohr 12 und eine obere Kappe 14, die mit einem Gewindeanschluß 16 sowie Schlüsselflächen 18 versehen ist und ein Durchgangsloch 20 aufweist. Je nach der vorhandenen Antriebseinrichtung kann durch einfaches Wechseln der Kappe 14 ein passender Anschluß an dem Bohrhammer 10 angebracht werden. Die Kappe 14 schraubt mit einem Mantelkörper 22, der seinerseits mit dem Außenrohr 12 verschraubt ist und an dessen Bund oder Schulter 28 zur Anlage kommt. Für diese bei der Montage und Demontage notwendigen Schraubungen ist am Mantelkörper 22 außen ein Rillenprofil 24 vorgesehen, über das ein (nicht gezeichneter) geschlossener Schlüssel geschoben und durch wenigstens einen Steckbolzen in Umfangs- und Axialrichtung festgelegt werden kann. Ein entsprechendes Rillenprofil kann der Bohrhammer 10 auch an anderen Stellen haben, beispielsweise an seinem unteren Ende.
  • An der Kappe 14 stützt sich im Mantelkörper 22 über Pufferringe 26 und 27, die aus Elastomeren wie Polyurethan bestehen können, der Oberteil 30 einer dreiteiligen Steuervorrichtung ab. Der Oberteil 30 weist eine Anzahl von über den Umfang verteilten Schrägkanälen 36 auf. An seiner Unterseite hat er einen Ventilsitz 38 für eine Steuerkörper 40, der zwischen einem Ventilauflager 42 des Steuervorrichtungs-Mittelteils 32 und dem Ventilsitz 38 des Oberteils 30 in Axialrichtung hin und her beweglich und im Mittelteil 32 zentrisch geführt ist. Letzterer ist mit einer Anzahl von über den Umfang verteilten Schrägkanälen 44 und im Anschluß an den Steuerkörper 40 mit einer Kammer 48 versehen. Im Steuervorrichtungs-Mittelteil 32 führen zum Kopf des Unterteils 34 Außen- und Seitenkanäle 46, von denen wenigstens einer an Bohrungen 52 mündet, die in den Kopf des Steuervorrichtungs-Unterteils 34 eingearbeitet sind.
  • Ein axialer Abschnitt der Bohrungen 52 ist mit einem Gewindestopfen 54 verschlossen, der im Bedarfsfalle durch eine Düse geeigneten Durchmessers ersetzt werden kann. Eine Anzahl von über den Umfang verteilten Durchlässen 50 schafft eine Strömungsverbindung zwischen der Kammer 48 und einem Ringraum 55 im Inneren des Außenrohrs 12.
  • Mit dem Steuervorrichtungs-Unterteil 34 ist ein Einsatz 62 einstückig, auf dem ein damit stoffschlüssig verbundenes Gleitrohr 60 sitzt. Zur Sicherung dieser Befestigung kann eine (nicht gezeichnete) Verschraubung vorhanden sein. Wahlweise oder zusätzlich sind Unterteil 34 bzw. Einsatz 62 und Gleitrohr 60 knapp unterhalb eines Bundes 35 von einem Querschnitt 58 paßgenau durchsetzt. Dieser ist in seiner Länge so bemessen, daß er in die lichte Weite eines Kragens 56 des Mantelkörpers 22 paßt und dadurch gegen Bewegungen in Richtung seiner Achse gesichert ist. Der Einsatz 62 hat, wie man aus Fig. 2 und 3 ersieht, Trennwände 64, die im Querschnitt sternförmig aneinander anschließen und mit Flächen 66 am Gleitrohr 60 innen anliegen. Die Länge des Einsatzes 62 kann mit derjenigen des Gleitrohrs 60 übereinstimmen oder, wie in Fig. 1 b und Fig. 2 gezeichnet, etwas kürzer sein.
  • Am unteren Ende des Gleitrohres 60 kann - wie in Fig. 2 gezeichnet - ein einwärts ragender Bund 61 vorhanden sein, der angefast ist und als Ventilsitz für den Ventilkörper 59 eines Rückschlagventils dient. Der Körper 59 ist auf einem den Einsatz 62 koaxial verlängernden Zapfen 63 gleitbeweglich gelagert und gegen dessen Ende, an dem in geeigneter Weise gesicherte Muttern 63a aufgeschraubt sein können, durch eine Druckfeder 65 abgestützt, die zum Teil in den Körper 59 eintaucht.
  • Das Gleitrohr 60 weist im Ausführungsbeispiel je einen (in Fig. 1b gestrichelt eingezeichneten) vorzugsweise länglichen Auslaß 69 für zwei Auspuffkanäle 67 auf, die zusammen mit zwei Rückhubkanälen 68 von den vier Stegwänden 64 des Einsatzes 62 gebildet sind. Die Anordnung ist bevorzugt so getroffen, daß die einander diametral gegenüberliegenden Auspuffkanäle 67 einen größeren Querschnitt haben als die gekreuzt dazu ebenfalls einander gegenüberliegenden Rückhubkanäle 68; das Verhältnis der Querschnitte kann beispielsweise 3 : 2 betragen.
  • Am unteren Ende des Gleitrohrs 60 hat es je eine seitliche Entlüftungsöffnung 74 zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen jedem Rückhubkanal 68 und einem Kompressionsraum 76, der zwischen Außenrohr 12 und Gleitrohr 60 unterhalb eines Schlagkolbens 70 vorhanden ist. Oberhalb der Entlüftungsöffnungen 74 führt eine obere Leerlauf- bzw. Abstellbohrung 71 zu den Auspuffkanälen 67, während unterhalb der Öffnungen 74 eine kleinere untere Abstellbohrung 73 in eine Kammer 115 mündet, die sich am unteren Ende des Einsatzes 62 im Gleitrohr 60 befindet.
  • Der Schlagkolben 70 ist im Außenrohr 12 geführt und mit Umfangsrillen 72 versehen. Seine untere Stirnseite steht dem Kopf 82 eines Zwischenkolbens 80 axial gegenüber. Schlagkolben 70 und Zwischenkolben 80 gleiten an dem Rohr 60 entlang. Der Zwischenkolben 80 ist teilweise auf dem Gleitrohr 60 und in einer Pufferbüchse 78 geführt, die von unten in das Außenrohr 12 eingesetzt ist und angepaßte Längsnuten 79 hat. Am unteren Ende seines zylindrischen Körpers hat der Zwischenkolben 80 zwei oder mehrere radiale Auslässe 84; im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b, Fig. 5 und 6 sind es drei solcher Radialauslässe 84, welche die Strömungsverbindung zu einem unteren Ringraum 88 herstellen. Ein oberer Ringraum 86 schließt in der Pufferbüchse 78 an den Kompressionsraum 76 an.
  • Zur Befestigung sowohl der Pufferbüchse 78 als auch eines Bohrmeißels 94 dient eine Haltekappe 90, die zweiteilig ausgebildet, durch Stifte 92 zusammengehalten und in das Außenrohr 12 von unten eingeschraubt ist. Innen hat die Haltekappe 90 ein disharmonisches Polygonprofil, insbesondere vom PC4-Typ, wie das in der DE-A-26 09 376 beschrieben ist. Der Bohrmeißel 94 hat einen im Durchmesser erweiterten Kopf 106 und einen Schaft 96, der - wie Fig.4 erkennen läßt - ein genau angepaßtes Polygonprofil mit schwach gewölbten Flächen und stark gerundeten Kanten aufweist. In letzteren sitzen axiale Rillen 98, die über einen Ringspalt 100 zu Aussparungen 112 führen, die auch dann ständig mit dem Raum außerhalb des Bohrhammers 10 bzw. des Bohrmeißels 94 in Strömungsverbindung stehen, wenn letzterer mit einem Bund 110 am unteren Ende der Haltekappe 90 anliegt. Der Meißelkopf 106 kann bis zu einem Anschlag 108 herunterfahren, an dem das Polygon-Innenprofil der Haltekappe 90 oben endet. Ein Durchgangsloch 102 des Bohrmeißels 94 führt bis zur Bohrkrone 104 und verzweigt sich darin, wie in Fig. 1 b gestrichelt angedeutet ist.
  • Für den erfindungsgemäßen Bohrhammer 10 ist wesentlich, daß er bei vereinfachter und verbesserter Steuerung eine robuste Bauweise mit hoher Raumausnutzung ermöglicht. Praktische Ausführungen mit Außenrohr-Durchmessern von 80 mm bis 135 mm haben im Betrieb mit einem Druck von 13 bar auch in ungünstigen Gesteinsverhältnissen überraschende Bohrfortschritte erzielt. Dazu trägt bei, daß der in der Pufferbüchse 78 geführte Zwischenkolben 80 ständig auf dem Bohrmeißelkopf 106 steht und so die Rückluftbohrung 74 entweder freigibt oder (teilweise oder ganz) verschließt. Tritt der Kopf 82 des Zwischenkolbens 80 in den oberen Ringraum 86 ganz ein, so verhindert der darüber befindliche Kompressionsraum 76 durch sein Luftpolster ein Aufschlagen des Schlagkolbens 70. Vielmehr federt dieser nach oben zurück, wodurch - wenn die übrigen Voraussetzungen gegeben sind - Bohrmeißel 94 und Zwischenkolben 80 ebenfalls zurückfahren können. Die bei kontinuierlich laufendem Hammer 10 ständig erfolgenden Hübe des Schlagkolbens 70 erzeugen Folgen von Luftstößen, die neben einer Vibrationswirkung hohe Gasbeschleunigungen herbeiführen und dadurch die Bohrarbeit wesentlich unterstützen oder bei entsprechend bemessenen Abstellbohrungen 71, 73 einen Aussetzbetrieb ermöglichen.
  • Der untere Ringraum 88 dient in erster Linie zur Luftverteilung an die Entlüftungskanäle 98, 100, 112. Diese vollständige Entlüftung gestattet es, daß der Bohrmeißelkopf 106 bis auf die Anschlagschulter 108 der Haltekappe 90 herunterfahren kann. Zwischen dieser und dem Bohrmeißel besteht die praktisch verschleißfreie Polygonführung, welche die Übertragung von Drehmomenten in weitem Bereich auch bei großen Axialkräften erlaubt. Die herkömmlich gegebene Bruchgefahr für das untere Ende des Gleitrohres ist erfindungsgemäß auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Weise beseitigt. Das Gleitrohr 60 ist durch seine Verbindung mit dem Einsatz 62 bzw. dem unteren Steuergehäuseteil 34 optimal geschützt, zumal der Bohrmeißel 94 nie an das Gleitrohr 60 herankommt.
  • Gegenüber den bekannten Ausführungsformen ergeben sich weitere Vorteile. So sind die oberen Teile 30, 32 der Steuervorrichtung stark vereinfacht, was nicht nur die Fertigung und Montage außerordentlich erleichtert, sondern die Funktionssicherheit erhöht. Die verfügbaren Querschnitte werden optimal genutzt. Ferner sind wirksame Montage- und Demontagehilfen in Gestalt der Schlüsselrillen 24 und Schlüsselflächen 18 vorgesehen, welche die Rüst- und Stillstandszeiten gegenüber gebräuchlichen Bohrhämmern erheblich verkürzen. Der übersichtliche Aufbau trägt schließlich dazu bei, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten zu erleichtern und dadurch zu beschleunigen, ohne daß die mechanische und Verschleiß-Festigkeit irgendwie beeinträchtigt würde. Während die Betriebsweise derjenigen des Tieflochbohrhammers gemäß der DE-A-26 09 376 weitgehend entspricht, ist die Vielseitigkeit der Verwendung und die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes demgegenüber beträchtlich gesteigert.
  • Durch eine (in Fig.la und 1b gestrichelt eingezeichnete) Zentralröhre 113, die den Steuervorrichtungs-Oberteil 30 und -Mittelteil 32 durchsetzt und bis in den Unterteil 34 ragt, wo im Einsatz 62 eine Zentralbohrung 114 (in Fig. 3 gestrichelt angedeutet) anschließt, kann Wasser eingeleitet und das Gerät mithin auch als mit Wasserspülung arbeitender Bohrhammer benutzt werden. Man erkennt, daß hierfür keinerlei zusätzlicher Aufwand benötigt wird; der Gewindestopfen 54 kann entfallen oder entsprechend abgeändert sein.

Claims (16)

1. Pneumatisch angetriebener Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, mit einem Außenrohr (12) und Durchgangsloch (20) in einer oberen Kappe (14) zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit an der Kappe (14) abgestützter Steuervorrichtung (30, 32, 34), Steuerkörper (40) und mit der Steuervorrichtung formschlüssig verbundenem zylindrischem Gleitrohr (60), an dem entlang ein durchbohrter Schlagkolben (70) im Außenrohr (12) auf und ab beweglich ist, und mit einer radial geteilten unteren Haltekappe (90) von disharmonischem Polygon-Innenprofil, in dem ein ebenfalls durchbohrter Polygonschaft (96) eines mit Spülbohrungen versehenen Bohrmeißels (94) auf und ab beweglich gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schlagkolben (70) und Bohrmeißelkopf (106) ein Zwischenkolben (80) angeordnet und wenigstens stückweise auf dem Gleitrohr (60) geführt ist und daß der untere Teil (34) der Steuervorrichtung einen Einsatz (62) aufweist oder bildet, dessen im Gleitrohr (60) anliegende Flächen (66) mit diesem formschlüssig verbunden sind.
2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitrohr (60) und der untere Teil (34) der Steuervorrichtung zusätzlich miteinander verschraubt sind.
3. Bohrhammer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stift (58) das obere Ende des mit dem zugehörigen Steuervorrichtungsteil (34) einstückigen Einsatzes (62) und das auf diesem sitzende Gleitrohr (60) selbst quer durchsetzt.
4. Bohrhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (34) der Steuervorrichtung sich mit einem Pufferring (27) an einem einwärts gerichteten Kragen (56) eines zwischen Außenrohr (12) und oberer Kappe (14) verschraubten Mantelkörpers (22) abstützt und daß der Stift (58) beiderends radial bis an den Kragen (56) reicht.
5. Bohrhammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelkörper (22) außen ein Rillenprofil (24) zum Angriff eines entsprechend gegenprofilierten Schraubenwerkzeugs aufweist.
6. Bohrhammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gleitrohr (60) anliegenden Flächen (66) des Einsatzes (62) des unteren Teils (34) der Steuervorrichtung den radialen Abschluß von mehreren im Querschnitt sternförmig aneinander anschließenden Stegwänden (64) bilden, zwischen denen axial verlaufende Luftkanäle (67, 68) vorhanden sind.
7. Bohrhammer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (80) in einer in das Außenrohr (12) eingesetzten, Längsnuten (79) aufweisenden Pufferbüchse (78) geführt ist.
8. Bohrhammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Rückhubkanals (68) im Gleitrohr (60) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (74) solcher Bemessung angeordnet ist, daß bei in der unteren Endlage befindlichem Zwischenkolben (80) keine Strömungsverbindung nach unten besteht.
9. Bohrhammer wenigstens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitrohr (60) außer der Entlüftungsöffnung (74) zum Rückhubkanal (68) für jeden Auspuffkanal (67) je einen Auslaß (69) aufweist, der insbesondere als Langloch oder Schlitz mit einer auf den Hub des Schlagkolbens (70) abgestimmten Länge ausgebildet ist.
10. Bohrhammer nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitrohr (60) zwischen dem Auspuff-Auslaß (69) und der Entlüftungsöffnung (74) eine in die Auspuffkanäle (67) führende obere Abstellbohrung (71) und unterhalb der Entlüftungsöffnung (74) eine in die Rückhubkanäle (68) führende untere Abstellbohrung (73) aufweist, wobei letztere kleiner ist als die obere Abstellbohrung (71).
11. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (80) einen im Durchmesser nach außen erweiterten Kopf (82) hat und daß sein schmalerer zylindrischer Körper am unteren Ende radiale Auslässe (84) aufweist.
12. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmeißel (94) im Polygonprofil axiale Kanäle (98) aufweist, die einen Ringraum (88) am unteren Ende des Zwischenkolbens (80) mit einem Ringspalt (100) verbinden, der durch Aussparungen (112) am unteren Ende der Haltekappe (90) gegenüber einem unteren Bund (110) des Bohrmeißels (94) eine ständige Strömungsverbindung nach außen besitzt.
13. Bohrhammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Kanäle (98) an den gerundeten Ecken bzw. Kanten des Polygonprofils des Bohrmeißelschafts (96) vorgesehen sind.
14. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Gleitrohres (60) ein Bund (61) angeordnet ist, der zusammen mit einem zum Gleitrohr (60) koaxial beweglichen Ventilkörper (59) ein Rückschlagventil bildet.
15. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des unteren Steuervorrichtungsteils (34) Luftführungsbohrungen (52) angeordnet sind, deren axialer Abschnitt stirnseitig durch einen Gewindestopfen (54) ganz oder teilweise verschlossen ist.
16. Bohrhammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (30, 32, 34) von einer Zentralröhre bzw. -bohrung (113, 114) durchsetzt ist.
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