EP0658681B1 - Bohrhammer - Google Patents

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Publication number
EP0658681B1
EP0658681B1 EP94119216A EP94119216A EP0658681B1 EP 0658681 B1 EP0658681 B1 EP 0658681B1 EP 94119216 A EP94119216 A EP 94119216A EP 94119216 A EP94119216 A EP 94119216A EP 0658681 B1 EP0658681 B1 EP 0658681B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill hammer
hammer according
outer tube
adapter
bores
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP94119216A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0658681A3 (de
EP0658681A2 (de
Inventor
Hans-Phillip Walter
Ralf Buczeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Walter Hans-Philipp
Original Assignee
Walter Hans-Philipp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Walter Hans-Philipp filed Critical Walter Hans-Philipp
Publication of EP0658681A2 publication Critical patent/EP0658681A2/de
Publication of EP0658681A3 publication Critical patent/EP0658681A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0658681B1 publication Critical patent/EP0658681B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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, especially deep hole hammer, according to the preamble of claim 1.
  • DE-U-9 202 336 describes a hammer drill of the type mentioned at the outset can also be used in difficult rock. He has for air dosing a rotatably driven tubular body and a slidable one Central passage shaft, the lower end with the tubular body (or a sleeve part) a shut-off device, e.g. a rotary or parallel slide forms, which releases an air deflection space as required or - if necessary partially - closes.
  • a shut-off device e.g. a rotary or parallel slide forms
  • the invention seeks to create of a hammer drill of the type mentioned, which is simply constructed as well as economical to manufacture and long service life with great performance he brings.
  • the hammer should also be developed so that it also at increased stroke frequency with low compressed air consumption and relatively quiet is working.
  • a pneumatically driven hammer drill in particular a deep hole hammer
  • an upper cap for connection to a compressed air source and optionally on a drill pipe
  • the invention provides according to claim 1 that the Cylinder liner and the control housing jacket with the outer tube at least are partially firmly connected to form a unit.
  • the cylinder liner at the bottom of a paragraph in the outer tube Connect with the same diameter and concentrically on the control housing jacket be fixed, e.g. by fitting the lower end of a tubular body, the contributes to the concentric anchoring of the cylinder liner.
  • control housing jacket is flush at the top finally without welding consumables over an axial area with the outer tube circumferentially welded, the length of the welding zone to the outer diameter of the outer tube is in a ratio of 1: 1 to 1: 2, preferably in a ratio from 1: 1.5 to 1: 1.8.
  • the outer grooves provided in claim 4 allow the approach of Screwing tools, which compared to the largely common jaws in the practical handling brings great advantages.
  • the cylinder liner according to claim 5 has mutually offset outer ribs, which at the same time a Ensure secure support on the outer tube.
  • They are particularly loud Claim 6 arranged axially parallel and so in uniform ring arrangements trained that their circumferential distance to the adjacent outer rib each Is two to five times, preferably about three times the width of the ribs. Thanks to this design, there are large free cross sections in the contact area given to the outer tube, which is extremely advantageous for hammer operation affects.
  • the air distribution is still claimed by the measure 7 favors that the outer ribs of axially successive ring arrangements to each other on gap, causing partial deflections in the circumferential direction are possible, while at the same time a good investment on the outer tube inner wall is ensured.
  • the ring arrangements are preferably loud Claim 8 to each other axial distances on the order of the rib length, so that, to a certain extent, equalization chambers are formed, which are used for equalization of the air flow.
  • control housing jacket directly above is screwed to the cap or to a lower part of an adapter, the Threaded connection parallel to the welding zone essentially over its Axial length or extends beyond.
  • the adapter can have circumferential upper air channels which outwards on a sieve ring, one of them on one shoulder of the adapter is attached to the filter ring.
  • This can according to claim 11 Boreholes directed upwards, in particular evenly distributed, Nozzles or the like have the slanted or curved in an upper outer area open where the filter ring tapers, preferably conically protruding is. In this way, a blow ring is created, which by air deflection Suction generated in the manner of a jet pump. As a result, the cuttings become quick promoted upwards and outwards.
  • Claim 16 provides as a variant that the shaft with a spool below Passages and an annular surface that has a collar in the adapter upper part air-controlling interacts that a central passage in the sliding piece with essentially axially parallel upper air ducts of the adapter upper part is connected to the flow and that at least some of the passages in an upper Position the shaft in connection with the upper air ducts.
  • the air control thus formed is as simple as it is effective. With with little effort, flow conditions can be established that both Intermittent and continuous operation of the rotary hammer are essential for economy contribute.
  • valve seat for an is in the adapter Control valve arranged check valve available, the associated Valve spring can be held on a base that extends from the passage to a Control housing chamber has leading channels.
  • This structure is the same simple as stable.
  • the valve holder has proven itself through the base, which is directly connected to the lower part of the adapter connects.
  • the further passages, channels, cutouts etc. serve the air supply in the lower part of the hammer drill.
  • the tubular body has radial bores through a Groove or annulus with each other and with timing case radial bores in Are connected, which in an annular chamber between the outer tube and the Cylinder liner open. Number, size and arrangement of these radial bores and the puncture assigned to them ensure perfect air flow for Actuation of the piston.
  • the one between the outer tube is very advantageous and the cylinder liner existing ring chamber, the free cross section according to claim 19 is at least as large as the narrowest of the central holes in the passage components of the hammer drill. This dimension represents good air passage with at least substantially uniform flow resistance for sure.
  • the air duct have the cylinder liner according to claim 20 and the central tube on transverse or radial bores on each other assigned and can be released or closed by movement of the piston.
  • Important improvements in hammer drill operation are achieved according to Claim 21 characterized in that of recesses, annular grooves or the like, which by control edges are limited, circumferential channels, grooves, axial bores or the like. of Pistons go out, which open on one of its end faces. It is from great advantage that the required passages on relatively simple Way can be manufactured very precisely, again the number, size and Arrangement of the passages in detail the impact characteristics as required influence.
  • the measures of claim 22 the The amount of under air attacking the piston underside is very appropriately controlled in this way that the piston accelerates more upwards and less downwards is braked, which achieves a high impact frequency and the impact force is increased on the drill bit.
  • a hammer drill 10 is shown with a Connection or screw cap 11 and a central passage 12, also one Threaded connection 13 with subsequent sealing ring 14 to form a screw sleeve 16 inside a sleeve 15, which leads a shaft 20.
  • Their head 19 is with the sleeve 16 screwed, with a central passage 17 as a hexagon Inserting a screwing tool is formed.
  • the shaft 20 carries spline-like Ribs 21 with an opposite profile (counter ribs 31) in the upper part of a sliding piece 30 interact positively.
  • a central passage 22 leads to the lower end 23 of the shaft 20, where it has a collar 26 and inside a slide opening 27.
  • a sliding guide 25 am lower end 24 of the sleeve 15 leads a neck 35 of the sliding piece 30. This as well as the sleeve 15 and the screw cap 11 are with external grooves R for attachment a screwing tool.
  • the lower end 24 of the sleeve 15 is a shoulder 34 of the sliding piece 30 opposite, which also an inner Has stop 36 which faces the collar 26 of the shaft 20.
  • a transition space 32 to the upper part 41 closes at the bottom in the sliding piece 30 of an adapter 40, with a flow connection to its central Passage 42 and to the outside arranged air ducts 43.
  • On the upper part 41 an upwardly projecting nozzle 44 is formed.
  • Sitting on a shoulder 46 Blow ring 50 the structure of which is shown in detail in FIGS. 5a to 5d.
  • the sleeve 15 encloses an annular space, in which there is a ring distributor 103 with channels 104 for continuous blowing air can (Fig. 3).
  • the passage 42 is flared until it is in a Chamber 47 merges, the upper limit is designed as a valve seat 49.
  • a threaded connection 48 on the lower part 45 is used for the connection with an outer tube 55 which, like the adapter, has 40 outer grooves R.
  • the outer tube 55 is on its upper part 56 in a welding zone S with a Control housing shell 60 welded, over an axial area of Length l, which corresponds approximately to that of the thread 38.
  • a base 54 which acts as a holder for Check valve 59 with valve spring 58 is used and has channels 63 which are in a Chamber 62 of the central tube 80 open.
  • the control housing jacket 60 has radial bores 64 which are axially and mutually Circumferential direction can be offset. They lead to a puncture or Annulus 65, which is fluidly connected via radial bores 67 to an annular chamber 68 is that between the unit welded at the top of outer tube 55 and cylinder liner 70 is located. This ends at one Paragraph 57 in the outer tube 55. It has upper radial bores 71 and middle ones Radial bores 72.
  • a tubular body 61 which fits into the central tube 80, sits in the control housing jacket 60 merges into transverse bores 81 in the upper area and in the lower area Has radial bores 83.
  • a piston 75 slides on it, which at the same time in the cylinder liner 70 is guided. It has recesses or ring grooves 76, 76 ' and circumferential axial bores 78, 78 '.
  • Its top surface 74 is the bottom surface 69 of the tubular body 61 opposite. The bottom surface 79 of the piston 75 periodically strikes the opposing impact surface 89 during operation Core bit 90.
  • the drill bit 90 has a shaft 87 with a shoulder 88, which is located on one Retaining ring 86 supports. A serves to guide the upper part of the shaft 87 Buffer sleeve 85. A passage 92 is towards the impact surface 89 as a slide hole 91 designed, which cooperates with the lower central tube end 84 in an air-controlling manner, which - as mentioned - is preferably offset in diameter.
  • the drill bit 90 also has a retaining cap 93 with outer grooves R.
  • the foot of the Drill bit 90 is in the usual manner with passages and (not designated) Provide pins or carbide inserts.
  • the lower part of the hammer drill 10 is shown in Fig. 1 in the blow-out position, i.e. at im Drill hole B raised hammer and therefore hanging without touching the ground Drill bit 90.
  • the collar 26 of the lower shaft end 23 lies in the upper part Stop 36 of the sliding piece 30 and thus has the pin 44 of the adapter 40 released.
  • the through the central holes 12, 22 of the cap 11 and shaft 20 supplied airflow divides so that a partial amount of air through the passage 42nd goes in the adapter 40 and loads the check valve 59 downwards, i.e. in the in Fig.
  • the hammer drill 10 In the blow-out position of FIG. 1, the hammer drill 10 is from the bottom of the borehole lifted off so that the drill bit 90 under the air pressure present with the Shoulder 88 hangs on the retaining ring 86 and the piston 75 on the buffer sleeve 85 sits on. As a result, its top surface 74 provides the radial bores 71 of the Cylinder liner 70 free.
  • the compressed air therefore flows through the channels 63 into the Chamber 62 of the central tube 80 and through the holes 64/65/67 in the annular space 68, further along the outer tube 55 to the radial bores 71 and into the Channels or axial bores 78, but also through the transverse bores 81 and through the central bore 82 of the control or central tube 80 and the passage 92 in the shaft 87 of the drill bit 90, so that the bottom of the borehole is blown free underneath becomes.
  • the lower part of the hammer drill 10 is in its working position (Fig. 2b left), in which the drill bit 90 is pressed into the bottom of the borehole and so the piston 75 is raised. His head surface 74 is therefore above closed radial bores 71, and the head of the drill bit shaft 87 encloses the lower end 84 of the central tube 80.
  • the buffer sleeve 85 passes under air through the Channels or axial bores 78 from the lower recess 76 of the piston 75. It is moved up until the supply of sub-air stops as soon as the lower one Control edge 77 has passed over the radial bores 72 of the cylinder liner 70 (right in Fig. 2b). The air above the piston 75 is during the Pushed upward movement through the transverse bores 81 of the central tube 80.
  • Fig. 3 shows the upper part of a design of the hammer drill 10, which by Omission of shaft 20 and sliding piece 30 is simplified.
  • the one on the cap 11 fastened sleeve 15 is through the threaded connection 38 directly to the adapter 40 screwed.
  • the in this embodiment via the ring distributor 103 and its channels 104 supplied compressed air flows in the continuous blow mode Passages 12, 42 in the lower part of the hammer drill (not shown here), in which blowing out again through the upper air ducts 43 and the blow ring 50 he follows.
  • the dimensioning and number of channels or bores also determines here the ratio of the partial air volumes.
  • the hammer drill part shown in FIG. 4 forms the lower end 23 of the shaft 20 a spool with e.g. two in given Distance one above the other annular surfaces 29, 29 'and one Number of adjacent passages 28, 28 ', 28' '.
  • the upper ring surface 29 ' closes the in the pressed state of the rotary hammer 10 (left in Fig. 4) Entrance of the passage 42 in the adapter 40. Therefore, the entire air flow passes via the passages 12, 22, 28 '/ 28, 42 of the components 11, 20/23, 40 in the (not here screwed lower part of the hammer drill 10.
  • the over Passage 22 introduced airflow divided. Then the upper air overflows in part the passages 28 ', 43, 53 upwards into the open and a partial flow passes through the Bottom passage 28 and through a narrow annulus between the annular surface 29 and the collar 37 is present, down into the lower part of the hammer drill.
  • the partial air volumes can be suitably dimensioned the channels or bores and the annular spaces as required.
  • FIG. 6 shows a further version of a hammer drill 10 with valve control and with adjustable under air. Similar components are the same Reference numbers marked as before.
  • a central tube is also provided 80, but a ribbed cylinder liner 70 and a control valve 97 in one with the outer tube 55 axially welded control housing shell 60.
  • the piston 75 lies with it its lower edge 79 on the buffer sleeve 85.
  • the drill bit 90 lifts the piston 75. If the top control edge 77 its recess 76 overflows the bores 72 of the cylinder liner 70, under-air flows through the channels 78 into the closed space 94 below of the piston 75, which consequently moves upwards.
  • a control valve 97 (of the flapper valve type) is in a neutral position drawn; however, other control valves are also readily usable. Tilt this on a central support, a kind of cutting edge 98, on the control housing 96 stored valve plates to the right, so the left side and the air opens can be drilled through holes (not shown) in the control housing 96 are in the chamber 62 of the central tube 80 and through holes 99 in the room between the upper edge 74 of the piston 75 and the lower edge 69 of the control housing shell 60 stream.
  • the piston 75 moves down, the space above the piston relaxes as soon as its upper edge 74 the The upper edge of the outlet bores 81 overflows in the central tube 80.
  • a variant of this is a massive piston design (not shown) without Axial bores or ring grooves, the lower air inlet 72 pulled down so far is that the air flowing in when the drill bit 90 is pressed under the Piston 75 engages.
  • Fig. 7 shows a modified cylinder liner 70, which with a A plurality of outer ribs 101 is provided. These are in ring arrangements 102 in Axial distances p arranged so that with good support a large flow volume is guaranteed in the outer tube inner wall.
  • the individual ring arrangements 102 are preferably set to one another with a gap, that is to say offset from one another in the circumferential direction, preferably by half Circumferential distance w. This is a multiple of the rib width n, in particular two to five times.
  • the axial distance p can be roughly the length of the rib m correspond, but also be shorter, so that the ring arrangements 102 follow each other more closely.
  • FIG. 8a represents the middle part of one for the Intermittent operation trained hammer drill.
  • the piston 75 sits in the drawn blow position on the buffer sleeve 85, closes the Under-air inlet 72 and has cleared Abstell- and blow-out holes 106.
  • FIGS. 8b and 8c - analogous to FIGS. 4 and 6 - show the middle part of a permanently hitting rotary hammer, with the drill bit 90 still in FIG. 8b sags so that the elongated and thickened lower end 84 of the central tube 80 closes the slide hole 91 of the shaft 87.
  • the hammer drill head (Fig. 4) delivers a reduced amount of air.
  • she will dosed appropriately so that the piston 75 descending in the closed Room 94 itself creates a buffer that touches the piston 75 with the buffer sleeve 85 and with the drill bit 90 prevented.
  • the upcoming under air then drives piston 75 upward (Fig. 8c); as soon as it in the buffer space 95 den Closes outlet 81, so the oscillating piston movement occurs.
  • a pneumatically driven deep hole hammer generally an outer tube 55, a timing case shell 60 together Check valve 59 and a central tube having radial passages 81, 83 80, on which a percussion piston 75 slides.
  • the head of an axially displaceable Drill bit 90 is on the lower, preferably stepped central tube end 84 expandable.
  • An optionally ripped cylinder liner guiding the piston 75 70 and the control housing jacket 60 are connected to the outer tube 55 via a Axial area (welding zone S, length l) circumferentially welded.
  • an adapter 40 Over the timing case there is an adapter 40 having an upper air channel 42 and a blow ring 50 with upward nozzles 53 carries.
  • connection cap 11 Below the connection cap 11 is a drive-transmitting sleeve 15 with the adapter 40 directly or via a Sliding piece 30 connected to the shaft 20 guided therein. Their lower end 23 can form a spool opposite the adapter top 41, of which Passages 42, 47 lead to a control housing chamber 62 with channels 63.
  • a tubular body 61 closes between the outer tube 55 and the Cylinder liner 70 to an annular chamber 68, the free cross section at least is as large as the narrowest of the central bores 12, 22, 32, 42/47, 62, 82, 92 in the passage components 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90. Holes, channels and Grooves 71, 72; 81, 83 in cylinder liner 70 and central tube 80 act with recesses 76, 76 'and bores 78, 78' of the piston 75 to control movement together.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Herkömmliche Bohrgeräte hämmern im ventilgesteuerten 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-2 705 191 sind auf einem Zentralrohr ein Kolben und darüber ein mit Querschlitzen versehener Rohrschieber geführt, der die Druckbeaufschlagung des Hammers und auch das Ausblasen in verhältnismäßig aufwendiger Weise steuert. Der Kolben kann auch in einem Gehäuse gleiten, das innerhalb eines Außenrohres befestigt ist, was jedoch problematisch und störungsanfällig sein kann. Ähnliches gilt für Bohrhämmer gemäß DE-B-2 062 690 und EP-A-0 484 672.
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 verschiebliche, einen Zentraldurchlaß aufweisende Welle, deren unteres Ende mit dem Rohrkörper (oder einem Hülsenteil) ein Absperrorgan, z.B. einen Dreh- oder Parallelschieber bildet, der einen Luftumlenkraum nach Bedarf freigibt oder - gegebenenfalls teilweise - verschließt. Allerdings kann der Hals der mit dem Rohrkörper antriebsverbundenen Welle 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.
Mit dem allgemeinen Ziel weiterer Verbesserung strebt die Erfindung die Schaffung eines Bohrhammers der eingangs genannten Art an, der einfach aufgebaut sowie wirtschaftlich zu fertigen ist und bei großer Leistung lange Betriebs-Standzeiten erbringt. Der Hammer soll ferner so weiterentwickelt werden, daß er auch bei erhöhter Schlagfrequenz mit niedrigem Druckluft-Verbrauch und relativ ruhig arbeitet.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 22.
Bei einem pneumatisch angetriebenen Bohrhammer, insbesondere Tieflochhammer, mit einer oberen Kappe zum Anschluß an eine Druckluftquelle und gegebenenfalls an ein Bohrgestänge, mit einem Außenrohr und einem radiale Durchlässe aufweisenden Zentralrohr, dem ein Rückschlagventil vorgeordnet und das mit einem Steuergehäuse fest verbunden ist, und mit einer am Außenrohr unten axialverschieblich gehalterten Bohrkrone, deren Kopf auf das untere Ende des Zentralrohrs aufgleitbar ist, das darüber einen in einer Zylinderbüchse geführten Schlagkolben führt, sieht die Erfindung gemäß Anspruch 1 vor, daß die Zylinderbüchse und der Steuergehäuse-Mantel mit dem Außenrohr zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit festverbunden sind. Das führt zu wesentlichen Vorteilen gegenüber vergleichbaren Konstruktionen, bei denen infolge von Befestigungs-Schwierigkeiten nicht selten Bohrhammer-Ausfälle auftraten, was beträchtliche Betriebsstörungen verursachen konnte. Dabei war es ungünstig, daß das Außenrohr zwei- oder mehrteilig sein mußte, wogegen die Erfindung ein homogenes, einstückiges Außenrohr ermöglicht. Dadurch ist ein hohes Maß von Betriebzuverlässigkeit gewährleistet.
Laut Anspruch 2 kann die Zylinderbüchse unten an einen Absatz im Außenrohr durchmessergleich anschließen und am Steuergehäuse-Mantel konzentrisch festgelegt sein, z.B. durch Einpassung des unteren Endes eines Rohrkörpers, der zur konzentrischen Verankerung der Zylinderbüchse vorteilhaft beiträgt.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist der Steuergehäuse-Mantel oben bündig abschließend ohne Schweißzusätze über einen Axialbereich mit dem Außenrohr umfangsverschweißt, wobei die Länge der Schweißzone zum Außendurchmesser des Außenrohrs im Verhältnis von 1:1 bis 1:2 steht, bevorzugt im Verhältnis von 1:1,5 bis 1:1,8.
Die in Anspruch 4 vorgesehenen Außenrillen ermöglichen den Ansatz von Schraubwerkzeugen, was gegenüber den weitgehend üblichen Klemmbacken in der praktischen Handhabung große Vorteile bringt.
Strömungstechnisch ist es günstig, wenn die Zylinderbüchse gemäß Anspruch 5 abschnittsweise zueinander versetzte Außenrippen aufweist, die zugleich eine sichere Abstützung am Außenrohr gewährleisten. Sie sind insbesondere laut Anspruch 6 achsparallel angeordnet und in gleichförmigen Ringanordnungen so ausgebildet, daß ihr Umfangsabstand zur benachbarten Außenrippe jeweils das Zwei- bis Fünffache, vorzugsweise etwa das Dreifache der Rippenbreite beträgt. Dank dieser Bemessung sind große freie Querschnitte in dem Berührungsraum zum Außenrohr gegeben, was sich außerordentlich vorteilhaft auf den Hammerbetrieb auswirkt. Die Luftverteilung wird noch durch die Maßnahme von Anspruch 7 begünstigt, daß die Außenrippen von axial aufeinanderfolgenden Ringanordnungen zueinander auf Lücke stehen, wodurch Teil-Umlenkungen in Umfangsrichtung möglich sind, während gleichzeitig eine gute Anlage an der Außenrohr-Innenwand sichergestellt ist. Bevorzugt haben die Ringanordnungen laut Anspruch 8 zueinander Axialabstände von der Größenordnung der Rippenlänge, so daß gewissermaßen Ausgleichskammern gebildet sind, die zur Vergleichmäßigung des Luftstroms beitragen.
Eine wichtige Gestaltung, für die selbständiger Schutz in Anspruch genommen wird, besteht nach Anspruch 9 darin, daß der Steuergehäuse-Mantel oben direkt mit der Kappe oder mit einem Unterteil eines Adapters verschraubt ist, dessen Gewindeverbindung sich parallel zu der Schweißzone im wesentlichen über deren Axiallänge oder darüber hinaus erstreckt. Ein solcher Adapter ermöglicht die bequeme Anpassung des Bohrhammers an die verschiedensten Einsatzbedingungen, wobei die sichere Befestigung stets wesentlich zu langer Standzeit beiträgt.
Der Adapter kann laut Anspruch 10 umfangsnahe Oberluft-Kanäle aufweisen, die auswärtsgerichtet an einem Siebring münden, welcher von einem an einer Schulter des Adapters anliegenden Filterring gefaßt ist. Dieser kann nach Anspruch 11 am Umfang aufwärtsgerichtete, insbesondere gleichmäßig verteilte Bohrungen, Düsen o.dgl. haben, die schräg bzw. gekrümmt in einem oberen Außenbereich münden, wo der Filterring verjüngt, vorzugsweise konisch einspringend gestaltet ist. Auf diese Weise ist ein Blasring geschaffen, der durch Luftumlenkung einen Sog nach Art einer Strahlpumpe erzeugt. Infolgedessen wird das Bohrklein zügig nach oben und außen gefördert.
Einen wichtigen Beitrag zur Dauerstabilität des erfindungsgemäßen Bohrhammers leistet die Gestaltung gemäß Anspruch 12, wobei zwischen dem Adapter und der Anschlußkappe eine antriebsübertragende Muffe sitzt, deren Außendurchmesser gleich demjenigen des Außenrohrs und die mit dem Adapter direkt oder über ein Schiebestück mit der darin geführten Welle antriebsverbunden ist. Die Kraftübertragung erfolgt also mit sehr kurzer Welle über zwei unmittelbar hintereinander sitzende Führungsglieder. Die Antriebswelle ist vor allem an der entscheidenden Befestigungsstelle direkt hinter der Anschlußkappe muffengeschützt. Infolgedessen können Erschütterungen, Biegemomente u.dgl., die vom Ende des Bohrhammers ausgehen, anders als bei herkömmlichen Konstruktionen keine Beschädigung an der Oberteil-Befestigung anrichten, zumal ein solcher Bohrhammer nicht nur dank seiner relativen Kürze besonders robust ist, sondern auch weil der auf dem Adapter sitzende Blasring unmittelbar an die mit einer Gewindeverbindung versehene Muffe anschließt.
Bei der Bauform mit Schiebestück, das laut Anspruch 13 eine höhenbegrenzte Gleitführung für eine profilierte Welle aufweisen kann, erzielt man eine zusätzliche Steuerungs-Möglichkeit zur Luftstrom-Teilung in einem gewünschten Verhältnis. Damit ist es möglich, einerseits Zentralluft bis zur Bohrkrone zu führen, andererseits in bedarfsgerechtem Ausmaß Blasluft abzuzweigen. Eine günstige Luftzufuhr erzielt man insbesondere dadurch, daß nach Anspruch 14 zwischen der Anschlußkappe und der Muffe ein Ringverteiler mit Kanälen für Dauerblasluft angeordnet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn nach Anspruch 15 das untere Ende der Welle eine Aufgleitöffnung für einen Stutzen am Oberteil des Adapters hat, der auf diese Weise mit zur Luftsteuerung herangezogen wird.
Anspruch 16 sieht als Variante vor, daß die Welle unten einen Steuerschieber mit Durchlässen und einer Ringfläche aufweist, die mit einem Kragen im Adapter-Oberteil luftsteuernd zusammenwirkt, daß ein zentrischer Durchlaß im Schiebestück mit im wesentlichen achsparallelen Oberluft-Kanälen des Adapter-Oberteils strömungsverbunden ist und daß zumindest einige der Durchlässe in einer oberen Stellung der Welle mit den Oberluft-Kanälen in Verbindung stehen. Man erkennt, daß die hierdurch gebildete Luftsteuerung ebenso einfach wie wirksam ist. Mit geringem Aufwand lassen sich Strömungsverhältnisse herstellen, die sowohl bei Aussetz- als auch bei Dauerbetrieb des Bohrhammers wesentlich zur Wirtschaftlichkeit beitragen.
Bei der Weiterbildung von Anspruch 17 ist im Adapter ein Ventilsitz für ein am Steuergehäuse angeordnetes Rückschlagventil vorhanden, das samt zugehöriger Ventilfeder an einem Sockel gehaltert sein kann, der von dem Durchlaß zu einer Steuergehäuse-Kammer führende Kanäle aufweist. Dieser Aufbau ist ebenso einfach wie stabil. Insbesondere in Verbindung mit der Schweißzone, durch die das Außenrohr mit der Zylinderbüchse starr verbunden ist, bewährt sich die Ventilhalterung durch den Sockel, welcher unmittelbar an den Adapter-Unterteil anschließt. Die weiterführenden Durchlässe, Kanäle, Aussparungen usw. dienen der Luftzuführung in den Bohrhammer-Unterteil.
Gemäß Anspruch 18 weist der Rohrkörper Radialbohrungen auf, die durch einen Einstich bzw. Ringraum miteinander und mit Steuergehäuse-Radialbohrungen in Verbindung stehen, welche in eine Ringkammer zwischen dem Außenrohr und der Zylinderbüchse münden. Anzahl, Größe und Anordnung dieser Radialbohrungen und des ihnen zugeordneten Einstichs gewährleisten einwandfreie Luftführung zur Beaufschlagung des Kolbens. Sehr vorteilhaft ist dabei die zwischen dem Außenrohr und der Zylinderbüchse vorhandene Ringkammer, deren freier Querschnitt laut Anspruch 19 wenigstens so groß ist wie die engste unter den Zentralbohrungen in den Durchgangs-Bauteilen des Bohrhammers. Diese Bemessung stellt guten Luft-Durchgang mit zumindest im wesentlichen gleichförmigem Strömungswiderstand sicher.
In weiterer Ausgestaltung der Luftführung weisen laut Anspruch 20 die Zylinderbüchse und das Zentralrohr Quer- bzw. Radialbohrungen auf, die einander zugeordnet und durch Bewegung des Kolbens freigeb- bzw. verschließbar sind. Wichtige Verbesserungen des Bohrhammer-Betriebs erzielt man gemäß Anspruch 21 dadurch, daß von Aussparungen, Ringnuten o.dgl., die durch Steuerkanten begrenzt sind, umfangsnahe Kanäle, Nuten, Axialbohrungen o.dgl. des Kolbens ausgehen, welche an einer seiner Stirnflächen münden. Dabei ist es von großem Vorteil, daß die benötigten Durchlässe auf verhältnismäßig einfache Weise sehr genau gefertigt werden können, wobei wiederum Anzahl, Größe und Anordnung der Durchlässe im einzelnen die Schlagcharakteristik nach Bedarf beeinflussen. Außerdem kann durch die Maßnahmen von Anspruch 22 die an der Kolbenunterseite angreifende Unterluftmenge sehr zweckmäßig so gesteuert werden, daß der Kolben aufwärts stärker beschleunigt und abwärts weniger gebremst wird, wodurch eine hohe Schlagfrequenz erreicht und die Auftreffwucht auf die Bohrkrone gesteigert wird.
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
einen Längsschnitt durch einen Bohrhammer in Ausblas-Stellung.
Fig. 2
einen geteilten Längsschnitt durch einen Bohrhammer in zwei Arbeits-Stellungen,
Fig. 3
einen Längsschnitt durch einen Bohrhammer-Oberteil von vereinfachter Bauform,
Fig. 4
einen geteilten Längsschnitt durch einen Bohrhammer-Oberteil einer anderen Ausführungsform in zwei Arbeits-Stellungen,
Fig. 5a bis 5d
Seiten- bzw. Schnittansichten von Bestandteilen und Zusammenbau eines Blasringes,
Fig. 6
einen Längsschnitt durch einen Mittel- und Unterteil eines Bohrhammers noch einer anderen Bauform,
Fig. 7
eine Seiten- und Axialschnittansicht einer Zylinderbüchse und
Fig. 8a bis 8c
je eine Teil-Längsschnittansicht weiterer Varianten mit unterschiedlichen Kolbenstellungen.
In den Zeichnungen sind Fig. 1a und 1b (=Fig. 1) sowie Fig. 2a und 2b (=Fig. 2) jeweils aneinandergesetzt zu denken. Dargestellt ist ein Bohrhammer 10 mit einer Anschluß- oder Schraubkappe 11 und einem zentralen Durchlaß 12, ferner eine Gewindeverbindung 13 mit anschließendem Dichtungsring 14 zu einer Schraubhülse 16 im Inneren einer Muffe 15, die eine Welle 20 führt. Deren Kopf 19 ist mit der Hülse 16 verschraubt, wobei ein zentraler Durchlaß 17 als Sechskant zum Einsetzen eines Schraubwerkzeugs ausgebildet ist. Die Welle 20 trägt keilwellenartige Rippen 21, die mit einem gegengleichen Profil (Gegenrippen 31) im Oberteil eines Schiebestücks 30 formschlüssig zusammenwirken.
Ein zentraler Durchlaß 22 führt bis zum unteren Ende 23 der Welle 20, wo sie einen Bund 26 und innen eine Aufgleitöffnung 27 hat. Eine Gleitführung 25 am unteren Ende 24 der Muffe 15 führt einen Hals 35 des Schiebestücks 30. Dieses sowie die Muffe 15 und die Schraubkappe 11 sind mit Außenrillen R zum Ansetzen eines Schraubwerkzeugs versehen. Dem unteren Ende 24 der Muffe 15 steht eine Schulter 34 des Schiebestücks 30 gegenüber, das außerdem einen inneren Anschlag 36 hat, der dem Bund 26 der Welle 20 gegenübersteht.
Nach unten schließt im Schiebestück 30 ein Übergangsraum 32 zum Oberteil 41 eines Adapters 40 an, und zwar mit Strömungsverbindung zu dessen zentralem Durchlaß 42 und zu außen angeordneten Oberluft-Kanälen 43. Am Oberteil 41 ist ein nach oben ragender Stutzen 44 ausgebildet. Auf einer Schulter 46 sitzt ein Blasring 50, dessen Aufbau im einzelnen aus Fig. 5a bis 5d hervorgeht. Zwischen der Schraubkappe 11 und dem Oberteil 41 umschließt die Muffe 15 einen Ringraum, in dem sich ein Ringverteiler 103 mit Kanälen 104 für Dauerblasluft befinden kann (Fig. 3).
Im Mittelteil des Adapters 40 ist der Durchlaß 42 konisch erweitert, bis er in eine Kammer 47 übergeht, deren obere Begrenzung als Ventilsitz 49 gestaltet ist. Während der Oberteil 41 durch eine Gewindeverbindung 38 mit dem Schiebestück 30 verschraubt ist, dient eine Gewindeverbindung 48 am Unterteil 45 zur Verbindung mit einem Außenrohr 55, das ebenso wie der Adapter 40 Außenrillen R hat.
Das Außenrohr 55 ist an seinem Oberteil 56 in einer Schweißzone S mit einem Steuergehäuse-Mantel 60 verschweißt, und zwar über einen Axialbereich der Länge ℓ, die etwa derjenigen des Gewindes 38 entspricht. An den Unterteil 45 des Adapters 40 schließt unmittelbar ein Sockel 54 an, der als Halterung für ein Rückschlagventil 59 mit Ventilfeder 58 dient und Kanäle 63 aufweist, die in einer Kammer 62 des Zentralrohrs 80 münden.
Der Steuergehäuse-Mantel 60 hat Radialbohrungen 64, die zueinander in Axial-und Umfangsrichtung versetzt sein können. Sie münden in einen Einstich oder Ringraum 65, der über Radialbohrungen 67 mit einer Ringkammer 68 strömungsverbunden ist, die sich zwischen der am oberen Ende verschweißten Einheit von Außenrohr 55 und Zylinderbüchse 70 befindet. Diese endet an einem Absatz 57 im Außenrohr 55. Sie hat obere Radialbohrungen 71 sowie mittlere Radialbohrungen 72.
Im Steuergehäuse-Mantel 60 sitzt ein Rohrkörper 61, der in das Zentralrohr 80 übergeht, das im oberen Bereich Querbohrungen 81 und im unteren Bereich Radialbohrungen 83 hat. Unmittelbar über dem unteren Ende 84 des Zentralrohrs 80 hat es im allgemeinen einen Abschnitt 107 von verringertem Außendurchmesser (Fig. 8a, 8b, 8c), doch ist auch ein gleichmäßig ausgebildetes Zentralrohr 80 möglich (Fig. 1b). Auf ihm gleitet in jedem Falle ein Kolben 75, der zugleich in der Zylinderbüchse 70 geführt ist. Er hat Aussparungen bzw. Ringnuten 76, 76' und umfangsnahe Axialbohrungen 78, 78'. Seine Kopffläche 74 steht der Bodenfläche 69 des Rohrkörpers 61 gegenüber. Die Bodenfläche 79 des Kolbens 75 trifft im Betrieb periodisch auf die ihr gegenüberstehende Aufschlagfläche 89 einer Bohrkrone 90.
Die Bohrkrone 90 hat einen Schaft 87 mit einer Schulter 88, die sich an einem Haltering 86 abstützt. Zur Führung des oberen Teils des Schaftes 87 dient eine Pufferbüchse 85. Ein Durchlaß 92 ist zur Aufschlagfläche 89 hin als Aufgleitbohrung 91 gestaltet, die luftsteuernd mit dem unteren Zentralrohr-Ende 84 zusammenwirkt, das dazu - wie erwähnt - bevorzugt im Durchmesser abgesetzt ist. Die Bohrkrone 90 besitzt ferner eine Haltekappe 93 mit Außenrillen R. Der Fuß der Bohrkrone 90 ist in üblicher Weise mit (nicht bezeichneten) Durchlässen und Stiften bzw. Hartmetall-Einsätzen versehen.
Den Unterteil des Bohrhammers 10 zeigt Fig. 1 in Ausblas-Stellung, d.h. bei im Bohrloch B angehobenem Hammer und daher ohne Grundberührung hängender Bohrkrone 90. Im Oberteil liegt der Bund 26 des unteren Wellen-Endes 23 am Anschlag 36 des Schiebestücks 30 an und hat also den Zapfen 44 des Adapters 40 freigegeben. Der durch die Zentralbohrungen 12, 22 von Kappe 11 und Welle 20 zugeführte Luftstrom teilt sich, so daß eine Teilluftmenge über den Durchlaß 42 im Adapter 40 geht und das Rückschlagventil 59 abwärts belastet, d.h. in die in Fig. 1 gezeichnete Offen-Stellung; die übrige Luft strömt durch die Oberluft-Kanäle 43 des Adapters 40 und durch den Siebring 51 sowie die Düsen bzw. Schrägbohrungen 53 des Blasringes 50. Die dabei erfolgende Luft-Umlenkung bewirkt einen Strahlpumpen- oder Venturi-Effekt und mithin einen Sog, der das Bohrklein von der Bohrlochsohle nach oben fördert. Durch Anzahl und Größe der Durchlässe bzw. Kanäle und Bohrungen kann man die Teilluftströme bedarfsgerecht bemessen.
In der Ausblas-Stellung von Fig. 1 ist der Bohrhammer 10 vom Bohrlochgrund abgehoben, so daß die Bohrkrone 90 unter dem anstehenden Luftdruck mit der Schulter 88 an dem Haltering 86 hängt und der Kolben 75 auf der Pufferbüchse 85 aufsitzt. Infolgedessen gibt seine Kopffläche 74 die Radialbohrungen 71 der Zylinderbüchse 70 frei. Die Druckluft strömt daher durch die Kanäle 63 in die Kammer 62 des Zentralrohrs 80 und über die Bohrungen 64/65/67 in den Ringraum 68, weiter entlang dem Außenrohr 55 zu den Radialbohrungen 71 und in die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78, aber auch durch die Querbohrungen 81 sowie durch die Zentralbohrung 82 des Steuer- oder Zentralrohres 80 und den Durchlaß 92 im Schaft 87 der Bohrkrone 90, so daß der Bohrlochgrund darunter freigeblasen wird.
In der Arbeits-Stellung von Fig. 2 umschließt im Oberteil des Bohrhammers 10 das untere Wellen-Ende 23 den Zapfen 44 des Adapters 40, und der Bund 26 verschließt die Oberluft-Kanäle 43. Die zugeführte Druckluft strömt insgesamt durch die Zentralbohrungen bzw. Durchlässe 12, 22, 42/47, 62, 82, 92 der Bauteile 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90; infolgedessen bearbeitet die Bohrkrone 90 des Bohrhammers 10 den Bohrlochgrund. Zum ständigen Ausblasen können Teilluftmengen in den Blasring 50 geleitet werden, indem man den Ringspalt zwischen dem als Steuerschieber wirkenden Bund 26 der Welle 20 und dem Zapfen 44 des Adapters 40 geeignet bemißt bzw. einstellt.
Zugleich befindet sich der Unterteil des Bohrhammers 10 in seiner Arbeits-Stellung (Fig. 2b links), bei der die Bohrkrone 90 im Bohrlochgrund angedrückt und also der Kolben 75 angehoben ist. Seine Kopffläche 74 steht oberhalb der mithin verschlossenen Radialbohrungen 71, und der Kopf des Bohrkronen-Schaftes 87 umschließt das untere Ende 84 des Zentralrohrs 80. In den entstandenen geschlossenen Raum 94 oberhalb der Pufferbüchse 85 gelangt Unterluft durch die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78 von der unteren Aussparung 76 des Kolbens 75. Er wird nach oben bewegt, bis die Zufuhr von Unterluft aufhört, sobald die untere Steuerkante 77 die Radialbohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 überfahren hat (rechts in Fig. 2b). Die über dem Kolben 75 anstehende Luft wird während der Aufwärtsbewegung durch die Querbohrungen 81 des Zentralrohrs 80 ausgeschoben.
Hat die Kopffläche 74 des Kolbens 75 die Höhe der Querbohrungen 81 überschritten und mithin unterhalb der Bodenfläche 69 des Steuergehäuse-Mantels 60 einen Pufferraum 95 gebildet, so wird hierin Luft gestaut und die Aufwärtsbewegung des Kolbens 75 gebremst, dessen Bodenfläche 79 die radialen Auslaßbohrungen 83 des Zentralrohrs 80 freigegeben hat, wodurch sich die Unterluft entspannt.
Sobald die obere Steuerkante der Aussparung 76' die Radialbohrungen 71 der Zylinderbüchse 70 überläuft, gelangt Druckluft durch die Kanäle bzw. Axialbohrungen 78' in den erwähnten Pufferraum 95, was die Abwärtsbewegung des Kolbens 75 und also den Schlaghub einleitet. Die Druckluft-Zufuhr hält an, bis die obere Steuerkante der Aussparung 76' unter die Radialbohrungen 71 gegangen ist (links in Fig. 2b) und letztere dadurch verschlossen hat. Die unterhalb des Kolbens 75 befindliche Luft wird bei seiner Abwärtsbewegung durch das Zentralrohr 80 über dessen Radialbohrungen 83 ausgeschoben, bis diese beim Vorbeifahren der Bodenfläche 79 des Kolbens 75 verschlossen werden. Mit der Neubildung des geschlossenen Raums 94 beginnt der nächste Arbeitszyklus.
Fig. 3 stellt den Oberteil einer Bauform des Bohrhammers 10 dar, der durch Weglassen von Welle 20 und Schiebestück 30 vereinfacht ist. Die an der Kappe 11 befestigte Muffe 15 ist durch die Gewindeverbindung 38 direkt mit dem Adapter 40 verschraubt. Die in diesem Ausführungsbeispiel über den Ringverteiler 103 und seine Kanäle 104 zugeführte Druckluft strömt im Dauerblasbetrieb über die Durchlässe 12, 42 in den (hier nicht gezeichneten) Bohrhammer-Unterteil, wobei das Ausblasen wiederum durch die Oberluft-Kanäle 43 und den Blasring 50 erfolgt. Die Bemessung und Anzahl der Kanäle bzw. Bohrungen bestimmt auch hier das Verhältnis der Teilluftmengen.
Bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Ausführungsform des Bohrhammer-Oberteils bildet das untere Ende 23 der Welle 20 einen Steuerschieber mit z.B. zwei in vorgegebenem Abstand übereinander angeordneten Ringflächen 29, 29' und einer Anzahl daneben befindlicher Durchlässe 28, 28', 28''. Die obere Ringfläche 29' verschließt im angedrückten Zustand des Bohrhammers 10 (links in Fig. 4) den Eingang des Durchlasses 42 im Adapter 40. Daher gelangt der gesamte Luftstrom über die Durchlässe 12, 22, 28'/28, 42 der Bauteile 11, 20/23, 40 in den (hier nicht dargestellten) angeschraubten Unterteil des Bohrhammers 10.
Während die zuvor beschriebenen Bauformen im Aussetz-Betrieb arbeiten, bei dem der Bohrhammer 10 durch Abheben der Bohrkrone 90 vom Bohrlochgrund zu schlagen aufhört und dann nur das Bohrloch B freigeblasen wird, erzielt man mit der Steuerschieber-Konstruktion gemäß Fig. 4 in Verbindung mit der Bauform nach Fig. 8b und 8c auf überraschend einfache Weise einen Dauerschlag-Betrieb mit exakter Dosierung der Teilluftmengen. Der Kolben 75 bewegt sich daher im angehobenen Hammerzustand weiter auf und ab; das dadurch erzeugte Rütteln ist in manchen Gesteins-Formationen erwünscht, in anderen unerläßlich (z.B. bei Abraum, Lehmeinschlüssen, Spalten, Rissen usw.). Indem der in den Hammer-Unterteil gelangende Teilstrom durch den Steuerschieber 23 passend reduziert wird, drosselt man den Kolbenhub und infolgedessen die Schlag-Energie so, daß eine Überbeanspruchung oder gar Selbstzerstörung des Bohrhammers 10 mit Sicherheit vermieden wird.
Da die übrige Teilluftmenge durch die Oberluft-Kanäle 43 im Adapter 40 sowie über die Bohrungen bzw. Düsen 53 des Blasringes 50 austritt, ist gutes Ausblasen des Bohrlochs B gewährleistet. Soll es noch intensiviert werden, so kann man den Ringraum zwischen dem Kragen 37 und der bzw. jeder Ringfläche 29, 29' des Steuerschiebers 23 entsprechend dem gewünschten Teilluft-Durchsatz erweitern. Wahlweise oder alternativ können zusätzliche Durchlässe 28'' oberhalb der oberen Ringfläche 29' vorgesehen und entsprechend bemessen werden.
Im hängenden Zustand (rechts in Fig. 4) der Bohrkrone 90 wird der über den Durchlaß 22 eingeleitete Luftstrom geteilt. Dann strömt die Oberluft zum Teil über die Durchlässe 28', 43, 53 nach oben ins Freie und ein Teilstrom geht durch den Boden-Durchlaß 28 sowie durch einen engen Ringraum, der zwischen der Ringfläche 29 und dem Kragen 37 vorhanden ist, nach unten in den Bohrhammer-Unterteil. Auch hierbei lassen sich die Teilluftmengen durch geeignete Bemessung der Kanäle bzw. Bohrungen und der Ringräume bedarfsgerecht einstellen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Version eines Bohrhammers 10 mit Ventilsteuerung und mit regulierbarer Unterluft. Gleichartige Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszahlen wie bisher gekennzeichnet. Vorgesehen ist ebenfalls ein Zentralrohr 80, aber eine verrippte Zylinderbüchse 70 und ein Steuerventil 97 in einem mit dem Außenrohr 55 axial verschweißten Steuergehäuse-Mantel 60. Ist der Hammer 10 nicht an den Bohrlochgrund angedrückt, so liegt der Kolben 75 mit seiner Unterkante 79 auf der Pufferbüchse 85 auf. Sobald der Hammer 10 jedoch angedrückt wird, hebt die Bohrkrone 90 den Kolben 75 an. Wenn die obere Steuerkante 77 seiner Aussparung 76 die Bohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 überläuft, strömt Unterluft durch die Kanäle 78 in den geschlossenen Raum 94 unterhalb des Kolbens 75, der sich infolgedessen nach oben bewegt. Während des Rückhubes schiebt der Kolben 75 die darüber befindliche Luft durch die Auslaßbohrungen 81 des Zentralrohrs 80 aus. Sobald der Kolben 75 einerseits mit seiner Oberkante 74 die Oberkante der Auslaßbohrungen 81 und andererseits mit seiner Unterkante 79 die Radialbohrungen 83 überlaufen hat, wird dadurch der Raum 94 entlüftet, so daß das Ventil 97 umsteuert und die Schlagluft freigibt.
In Fig.6 ist ein Steuerventil 97 (vom Typ Flapper Valve) in neutraler Stellung gezeichnet; es sind jedoch auch andere Steuerventile ohne weiteres verwendbar. Kippt das auf einer Zentralabstützung, einer Art Schneide 98, des Steuergehäuses 96 gelagerte Ventilplättchen nach rechts, so öffnet die linke Seite und die Luft kann durch (nicht dargestellte) Bohrungen, die im Steuergehäuse 96 angebracht sind, in die Kammer 62 des Zentralrohrs 80 und über Bohrungen 99 in den Raum zwischen der oberen Kante 74 des Kolbens 75 und der Unterkante 69 des Steuergehäuse-Mantels 60 strömen. Wenn sich der Kolben 75 nach unten bewegt, entspannt sich der Raum über dem Kolben, sobald seine Oberkante 74 die Oberkante der Auslaßbohrungen 81 im Zentralrohr 80 überläuft. Hat die Unterkante 77 des Kolbens 75 die Auslaßbohrungen 83 des Zentralrohrs 80 überlaufen und damit freigegeben, so kippt das Ventilplättchen nach links; es schließt die Schlagluftbohrungen und öffnet rechts die (nicht gezeichneten) Rückhubbohrungen im Steuergehäuse 96. Letztere münden in eine Sammelbohrung 100. Von dort gelangt die Luft in einen Einstich bzw. Ringraum 65 und durch Radialbohrungen 67 in die Ringkammer 68, die zwischen der Zylinderbüchse 70 und dem Außenrohr 55 ausgebildet ist. Schließlich strömt die Luft durch die Bohrungen 72 der Zylinderbüchse 70 in die Aussparung 76 des Kolbens 75, so daß ein neuer Arbeitszyklus beginnt.
Wichtig ist, daß die Steuerung des erfindungsgemäßen Bohrhammers über das Zentralrohr 80 unabhängig von der Schaftlänge des Kolbens 75 eine hohe Schlagzahl erlaubt, nämlich aufgrund des des großflächigen Angriffs der vollen Unterluftmenge an der Kolbenunterseite mit entsprechend rascher Aufwärtsbeschleunigung. Dies steht im positiven Gegensatz zu herkömmlichen Bohrhämmern, welche für die Unterluft - entweder mit einem Kolben ohne Bohrung oder einem solchen mit Bohrung, aber ohne Zentralrohr - nur einen verhältnismäßig eng begrenzten Ringraum zur Verfügung haben und eine hohe Einzelschlagwucht anstreben, was mit niedrigerer Arbeitsfrequenz einhergeht. Erfindungsgemäß kann die Unterluft so gesteuert werden, daß der Kolben 75 z.B. nach einem Drittel seines Rückhubes den Unterluft-Einlaß 72 verschließt. Durch das Abschalten der Unterluft findet bereits im (Brems-) Raum 94 ein Entspannungsprozess statt. Geht der Kolben 75 beim Schlaghub nach unten in diesen geschlossenen Raum 94, so wird infolgedessen wesentlich weniger Luft verdrängt, als bei einem über den gesamten Aufwärtsweg gefüllten Raum. Dadurch wird der Kolben 75 auch abwärts stärker beschleunigt, so daß er dank geringerer Abbremsung eine höhere Energie auf die Bohrkrone bringt.
Eine Variante hierzu ist eine (nicht gezeichnete) massive Kolbenausführung ohne Axialbohrungen bzw. Ringnuten, wobei der Unterluft-Einlaß 72 so weit heruntergezogen ist, daß die bei angedrückter Bohrkrone 90 einströmende Luft unter den Kolben 75 greift.
Fig. 8a bis 8c zeigen Bauformen, bei denen der auf dem Zentralrohr 80 geführte Kolben 75 in eine Pufferbüchse 85 eintaucht. Unabhängig von der Schaftlänge des Kolbens 75 wird die Unterluft über die Radialbohrungen 83 im Zentralrohr 80 gesteuert. (Hingegen muß bei herkömmlichen Konstruktionen ohne Zentralrohr der Kolbenschaft so lang sein, daß er über eine genügend große Strecke Unterluft bekommt.)
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Beispielsweise kann man zwecks kostengünstiger Fertigung eines Adapters 40 von hoher Festigkeit statt umfangsnahen Bohrungen einige Nuten außen am Gewinde 38 bis zur Höhe des Blasringes 50 führen. Fig. 7 zeigt eine modifizierte Zylinderbüchse 70, die mit einer Vielzahl von Außenrippen 101 versehen ist. Diese sind in Ringanordnungen 102 in Axialabständen p zueinanderversetzt so angeordnet, daß bei guter Abstützung an der Außenrohr-Innenwand ein großes Durchström-Volumen gewährleistet ist. Die einzelnen Ringanordnungen 102 sind bevorzugt zueinander auf Lücke gestellt, das heißt in Umfangsrichtung zueinander versetzt, vorzugsweise um halben Umfangsabstand w. Dieser beträgt ein Mehrfaches der Rippenbreite n, insbesondere das Zwei- bis Fünffache. Der Axialabstand p kann ungefähr der Rippenlänge m entsprechen, aber auch kürzer sein, so daß die Ringanordnungen 102 dichter aufeinander folgen.
In weitgehender Entsprechung zu Fig. 6 stellt Fig. 8a den Mittelteil eines für den Aussetzbetrieb ausgebildeten Bohrhammers dar. Der Kolben 75 sitzt in der gezeichneten Ausblasstellung auf der Pufferbüchse 85 auf, verschließt den Unterluft-Einlaß 72 und hat oben Abstell- und Ausblasbohrungen 106 freigegeben.
Ähnlich zeigen Fig. 8b und 8c - analog zu Fig. 4 und 6 - den Mittelteil eines dauernd schlagenden Bohrhammers, wobei in Fig. 8b die Bohrkrone 90 noch durchhängt, so daß das verlängerte und verdickte untere Ende 84 des Zentralrohrs 80 die Aufgleitbohrung 91 des Schaftes 87 verschließt. In dieser Position liefert der Bohrhammer-Oberteil (Fig. 4) eine reduzierte Luftmenge. Sie wird zweckmäßig so dosiert, daß der Kolben 75 abwärtsfahrend im geschlossenen Raum 94 selbst eine Pufferung erzeugt, die eine Berührung des Kolbens 75 mit der Pufferbüchse 85 und mit der Bohrkrone 90 verhindert. Die anstehende Unterluft treibt den Kolben 75 dann aufwärts (Fig. 8c); sobald er im Pufferraum 95 den Auslaß 81 verschließt, so entsteht die oszillierende Kolbenbewegung.
Man erkennt, daß ein pneumatisch angetriebener Tieflochhammer erfindungsgemäß allgemein ein Außenrohr 55, einen Steuergehäuse-Mantel 60 samt Rückschlagventil 59 und ein radiale Durchlässe 81, 83 aufweisendes Zentralrohr 80 hat, auf dem ein Schlagkolben 75 gleitet. Der Kopf einer axialverschieblichen Bohrkrone 90 ist auf das untere, bevorzugt abgesetzte Zentralrohr-Ende 84 aufgleitbar. Eine den Kolben 75 führende gegebenenfalls gerippte Zylinderbüchse 70 und der Steuergehäuse-Mantel 60 sind mit dem Außenrohr 55 über einen Axialbereich (Schweißzone S, Länge ℓ ) umfangsverschweißt. Über dem Steuergehäuse sitzt ein Oberluft-Kanäle 42 aufweisender Adapter 40, der einen Blasring 50 mit aufwärtsgerichteten Düsen 53 trägt. Unterhalb der Anschlußkappe 11 ist eine antriebsübertragende Muffe 15 mit dem Adapter 40 direkt oder über ein Schiebestück 30 mit darin geführter Welle 20 verbunden. Deren unteres Ende 23 kann einen Steuerschieber gegenüber dem Adapter-Oberteil 41 bilden, von dem Durchlässe 42, 47 zu einer Steuergehäuse-Kammer 62 mit Kanälen 63 führen. Unterhalb eines Rohrkörpers 61 schließt zwischen dem Außenrohr 55 und der Zylinderbüchse 70 eine Ringkammer 68 an, deren freier Querschnitt wenigstens so groß ist wie die engste der Zentralbohrungen 12, 22, 32, 42/47, 62, 82, 92 in den Durchgangs-Bauteilen 11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90. Bohrungen, Kanäle und Nuten 71, 72; 81, 83 in Zylinderbüchse 70 und Zentralrohr 80 wirken mit Aussparungen 76, 76' und Bohrungen 78, 78' des Kolbens 75 bewegungssteuernd zusammen.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Claims (22)

  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 (55) und einem radiale Durchlässe (81, 83) aufweisenden Zentralrohr (80), dem ein Rückschlagventil (59) vorgeordnet und das mit einem Steuergehäuse-Mantel (60) fest verbunden ist, und mit einer am Außenrohr (55) unten axialverschieblich gehalterten Bohrkrone (90), deren Kopf auf das untere Ende (84) des Zentralrohrs (80) aufgleitbar ist, das darüber einen in einer Zylinderbüchse (70) geführten Schlagkolben (75) führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) und der Steuergehäuse-Mantel (60) mit dem Außenrohr (55) zumindest teilweise formschlüssig zu einer Einheit fest verbunden sind.
  2. Bohrhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) mit ihrem unteren Ende (73) an einen Absatz (57) im Außenrohr (55) durchmessergleich anschließt und am Steuergehäuse-Mantel (60) konzentrisch festgelegt ist, z.B. durch Einpassung des unteren Endes eines Rohrkörpers (61).
  3. Bohrhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (55) mit dem Steuergehäuse-Mantel (60) oben bündig abschließend ohne Schweißzusätze umfangsverschweißt ist, insbesondere über einen Axialbereich (Schweißzone S, Länge ℓ) derart, daß die Länge (ℓ) der Schweißzone (S) zum Außendurchmesser (D) des Außenrohrs (55) im Verhältnis von 1:1,5 bis 1:1,8 steht.
  4. Bohrhammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Außenrohr (55) durchmessergleiche Bauteile (11, 15, 30, 40, 93) Außenrillen (R) haben, namentlich das Außenrohr (55) selbst an seinem Oberteil (56) im Bereich der Schweißzone (S).
  5. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) abschnittsweise zueinander versetzte Außenrippen (101) aufweist.
  6. Bohrhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrippen (101) achsparallel verlaufen und in gleichförmigen Ringanordnungen (102) so ausgebildet sind, daß ihr Umfangsabstand (w) zur benachbarten Außenrippe jeweils das Zwei- bis Fünffache, vorzugsweise das Dreifache der Rippenbreite (n) beträgt.
  7. Bohrhammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrippen (101) von axial aufeinanderfolgenden Ringanordnungen (102) zueinander auf Lücke stehen.
  8. Bohrhammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanordnungen (102) zueinander Axialabstände (p) von der Größenordnung der Rippenlänge (m) haben.
  9. Bohrhammer wenigstens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuergehäuse-Mantel (60) oben direkt mit der Kappe (11) oder mit einem Unterteil (45) eines Adapters (40) verschraubt ist, wobei sich die Gewindeverbindung (38) parallel zu der Schweißzone (S) im wesentlichen über deren Axiallänge (ℓ) oder darüber hinaus erstreckt.
  10. Bohrhammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (40) umfangsnahe Oberluft-Kanäle (43) aufweist, die auswärtsgerichtet an einem Siebring (51) münden, welcher von einem an einer Schulter (46) des Adapers (40) anliegenden Filterring (52) gefaßt ist.
  11. Bohrhammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterring (52) am Umfang aufwärtsgerichtete, insbesondere gleichmäßig verteilte Bohrungen, Düsen (53) o.dgl. aufweist, die schräg oder gekrümmt in einem oberen Außenbereich münden, wo der Filterring (52) verjüngt, vorzugsweise konisch einspringend gestaltet ist.
  12. Bohrhammer wenigstens nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Adapter (40) und der Anschlußkappe (11) eine antriebsübertragende Muffe (15) sitzt, deren Außendurchmesser gleich demjenigen (D) des Außenrohrs (55) ist und die mit dem Adapter (40) direkt (Fig. 3) oder über ein Schiebestück (30; Fig. 1, 2, 4) mit darin geführter Welle (20) antriebsverbunden ist.
  13. Bohrhammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebestück (30) eine höhenbegrenzte Gleitführung (25) für eine profilierte Welle (20) aufweist, indem ein in der Muffe (15) gleitbarer Hals (35) des Schiebestücks (30) ein zu einem Rippenprofil (21) der Welle (20) gegengleiches Innenprofil (31) hat, und daß ein Bund (26) der Welle (20) einem Anschlag (36) des Schiebestücks (30) gegenübersteht.
  14. Bohrhammer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlußkappe (11) und der Muffe (15) ein Ringverteiler (103) mit Kanälen (104) für Dauerblasluft angeordnet ist.
  15. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (23) der Welle (20) eine Aufgleitöffnung (27) für einen Stutzen (44) am Oberteil (41) des Adapters (40) hat.
  16. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) unten einen Steuerschieber (23) mit Durchlässen (28, 28', 28'') und einer Ringfläche (29, 29') aufweist, die mit einem Kragen (37) im Adapter-Oberteil (41) luftsteuernd zusammenwirkt, daß ein zentrischer Durchlaß (32) im Schiebestück (30) mit im wesentlichen achsparallelen Oberluft-Kanälen (43) des Adapter-Oberteils (41) strömungsverbunden ist und daß zumindest einige der Durchlässe (28', 28'') in einer oberen Stellung der Welle (20) mit den Oberluft-Kanälen (43) in Verbindung stehen.
  17. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Adapter (40) ein Ventilsitz (49) für das am Steuergehäuse-Mantel (60) angeordnete Rückschlagventil (59) ausgebildet ist, welches samt zugehöriger Ventilfeder (58) an einem Sockel (54) gehaltert ist, der von dem Durchlaß (42) zu einer Steuergehäuse-Kammer (62) führende Kanäle (63) aufweist.
  18. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (61) Radialbohrungen (64) aufweist, die durch einen Einstich oder Ringraum (65) miteinander und mit Steuergehäuse-Radialbohrungen (67) in Verbindung stehen, welche in eine Ringkammer (68) zwischen dem Außenrohr (55) und der Zylinderbüchse (70) münden.
  19. Bohrhammer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Ringkammer (68) wenigstens so groß ist wie die engste unter den Zentralbohrungen (12, 22, 32, 42/47, 62, 82, 92) in den Durchgangs-Bauteilen (11, 20, 30, 40, 61, 80, 87/90) des Bohrhammers (10).
  20. Bohrhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbüchse (70) und das Zentralrohr (80) einander zugeordnete, durch Bewegung des Kolbens (75) freigeb- bzw. verschließbare Quer- bzw. Radialbohrungen (71, 72; 81, 83) aufweisen.
  21. Bohrhammer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß von Aussparungen (76), Ringnuten o.dgl., die durch Steuerkanten (z.B. 77, 77') begrenzt sind, umfangsnahe Kanäle, Nuten, Axialbohrungen (78, 78') o.dgl. des Kolbens (75) ausgehen, welche an einer seiner Stirnflächen (74 bzw. 79) münden.
  22. Bohrhammer nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch solche Ausbildungen und Bemessungen der Bohrungen (71, 72; 81, 83), Aussparungen (76), Axialbohrungen (78, 78') usw., daß der Kolben (75) im Zusammenwirken mit dem Steuerventil (97) nach einem vorbestimmten Anteil, z.B. einem Drittel, des Rückhubes den Unterluft-Einlaß (72) (81) verschließt.
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