DE2541837A1

DE2541837A1 - Druckgasbetaetigtes schlagbohrgeraet

Info

Publication number: DE2541837A1
Application number: DE19752541837
Authority: DE
Inventors: Grey Bassinger
Original assignee: Reed Tool Co Ltd
Current assignee: Camco Drilling Group Ltd
Priority date: 1974-09-20
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5156702A; US3964551A; GB1498487A; CA1032841A; FR2285509B3; FR2285509A1; DE2541837B2; ES441104A1; SE7510287L; AU8486475A; JPS5331443B2; DE2541837C3; IT1055611B

Description

Druckgasbetätigtes Schlagbohrgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein druckgasbetätigtes Schlagbohrgerät, wie es im Oberbegriff des Anspruches beschrieben ist.

Es sind viele Bauarten von druckgasbetätigten Schlagbohrgeräten bekannt und es gibt verschiedene druckgasbetätigte Vorrichtungen, um Schläge auf einen Bohrkopf in solchen Geräten auszuüben. Hierbei ist der Bohrkopf üblicherweise an einem Amboß angebracht, der von einem hin- und hergehenden Hammer geschlagen wird.

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Um einen hin- und hergehenden, in einem druekgasbetätigten Schlagbohrgerät befindlichen Hammer zu betreiben, werden mehrere Ventile benötigt. In den Fällen, in denen mit Druckverlust gerechnet werden muß, wird ein Rückschlagventil benötigt, um den Gasrückfluß zu verhindern, da sonst Bohrspäne in die beweglichen Teile des Gerätes hineingesogen werden können. Außerdem muß ein Ventilmechanismus vorgesehen werden, um mit dem Druckgas eine Kraft auf den Hammerboden auszuüben, damit der Hammer über dem Amboß angehoben wird.

Weitere Ventile werden benötigt, um das den Hammer anhebende Druckgas hinauszulassen und um weiteres Druckgas in das Gerät einzuführen, um den Hammer gegen den Amboß zu treiben. Das über dem Hammer befindliche Druckgas muß danach, vor Beginn des nächsten Arbeitsspieles,wieder abgeführt werden.

Bei den druekgasbetätigten Schlag-Bohr-Maschinen ist die Eindring-Geschwindigkeit eines "Normal-Bohrkopfes" bei Benutzung von Druckgas unter einem "Kormal-Druck" ein Maß für die Wirksamkeit des Werkzeuges. Augenscheinlich kann jedoch die Eindringgeschwindigkeit nicht über einen gewissen Punkt hinweg gesteigert werden, da sonst der Bohrkopf zerstört würde.

Es wurde nun festgestellt, daß die Eindringgeschwindigkeit sehr gesteigert werden kann, wenn eine "Standard-Nieder-

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haltekraft" (das ist eine gleichbleibende, abwärts gerichtete Kraft) auf den Bohrkopf ausgeübt wird und ihr noch eine Schlagkraft überlagert wird. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Eindringgeschwindigkeit ohne Schaden für die Bohrausrüstung gesteigert werden kann, wenn die Schlagkraft gesteigert und die Niederhaltekraft verkleinert wird. Da der Gasdruck üblicherweise gleichbleibend ist, ist die auf den Hammer nach unten gerichtete Kraft abhängig von der durch das Druckgas beaufschlagten Oberfläche, dem Schlagweg des Hammers und der Zeit, die für die Zuführung und Abführung des Druckgases benötigt wird.

Viele handelsübliche Bohrgeräte haben zahlreiche Nachteile wie z. B. ein zu schwaches Gehäuse und außerdem geringe Schlagwirkung, was auf zu kleine Flächen für die Einwirkung des Gasdruckes sowie auf zu langsame Druckgaszufuhr und -Abfuhr zurückzuführen ist, oder sie verursachen hohe Betriebskosten. Jeder Einschnitt oder Durchgang durch das Gehäuse schwächt ernsthaft die Seitenführung besonders bei Werkzeugen kleineren Durchmessers.

Es sind eine Reihe von Bohrgeräten mit auf- und abgehenden Teilen bekannt geworden, bei denen die ganze obere Oberfläche des Hammers für die Einwirkung des Druckgases zum Abwärtstreiben des Hammers zur Verfügung steht. Um jedoch die notwendigen Ventilspiele durchzuführen, sind bei diesen Konstruktionen im Gehäuse Einschnitte mit Querbohrungen,

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Schlitzen und Muten und außerdem/oder Zuführungen in vertikaler Richtung innerhalb des Hammers selbst erforderlich. Dair.'it der hammer nicht beschädigt wird, miß ,jede dieser Bohrungen Querschlitze oder Nuten oder ähnliches in einer a:\-erundeten Oberfläche enden, um ürmiiduiigsbrüche zu verhindern. Dies hat sonst eine verringerte Hairmerfestigkeit zur I¹O]ge, erhöht die Herstellungskosten und vermindert üio Seitenführungskräfte des Werkzeuges.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, ein Schlagbohrgerät der eingangs genannten Art -zu schaffen, bei dem oie vorerwähnten Nachteile vermieden v/erden.

Diese Aufgabe v/ird bei einem Schlagbohrgerät der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merlanale des Anspruches 1 gelöst.

Lit' dem erfindungsgemäßer] Bohrgerät ist der Vorteil verbunden, daß die Druckgasführung von der Kitte her eine größere Oberfläche ergibt, auf die das Druckgas zum Niedertreiben des Hammers wirken kann. Außerdem bedeutet die Verwendung einer mittig angeordneten, den Hammer durchsetzenden Druckgasversorgung einen geringeren Verlust an wirksamer Fläche als bei der bekannten Druckgasversorgung vom Gehäuse her, ganz abgesehen von der damit verbundenen wesentlichen Schwächung des Gehäuses. Die sehr wichtige schnelle Druckgaszufuhr und -Abfuhr zur Sicherung einer

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hohen Schlagzahl wird hei einem erfirxhmgsgeraaiSen Gerät dadurch erzielt, dab Einschnitte im hammer und Kingführungen in der Versorgungseinrichtung ein sear großes x''iießvol:irnen zulassen, sobald die Verbindung hergestellt wird.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sicn aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und den scnernatischen Zeichnungen, in denen Ausführungcbeispieie ausführlich erläutert und dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1a und 1b Vertikalschnitte entlang der Längsachse eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes,

Fig. 2 bis 6 Horizontalschnitte entlang der Linien

2-2, 3-3, 4-4, 5-5 bzw. 6-6 in den Fig. 1a und 1b,

Fig. 7 bis 10 vereinfachte Vertikalschnitte ähnlich

den Fig. 1a und 1b, um die verschiedenen Arbeitstakte des Arbeitsspieles eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes zu zeigen,

Fig. 11 einen teilweisen Vertikalschnitt durch

den oberen Teil einer Abwandlung des in den Fig. 1 bis 10 gezeigten Gerätes, um eine andere Art eines Rückschlagventils darzustellen.

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l)ie Figuren 1a und 1b zeige;) einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes, maeiunatinr-u betätigtes Schlagbohrgeriit 12. Das Gerät 12 hai; ein 'Jehäuseoberteil 14, mit v/elciiom es mittels einer Vei'scrirau.bung 1G an einem (nicht gezeigten) Bohrrohr angebracht v/erden kann, ein Gehäusemittelteil 20, das an dem unteren I¹CiI 18 des Oberteils mit -iiife einer Verschraubung 22 angebracht v/erden kann Lind einem Gehäuseunterteil 24, day an dem unteren Ende des Mittelteils 20 mit Hilfe einer Verschraubung 26 angebracht werden kann. Innerhalb des Gehäuseunterteils 24 ist ein Amboß 28 untergebracht, der mit einem Bohrkopf 30 einstückig ist.

Im Gehäuse 20 ist ein Rückschlagventil 32 eingebaut, das einen Gasfluß vom Bohrrohr durch das Bohrgerät 12 bis zum Bohrkopf 30, aber nicht in umgekehrter Richtung, zuläßt. Auf diese Weise wird verhindert, daß Späne vom Bohrkopf in das Bohrgerät 12 hineingesogen werden. Unmittelbar unter dem Rückschlagventil 32 ist eine Druckgas-Versorgungseinrichtung 34 angeordnet, die viele der Ventilspiele des Bohrgerätes 12 steuern kann. Um die Versorgungseinrichtung 34 herum ist ein in axialer Richtung gleitbarer Hammer 36 angeordnet, der v/ährend des Betriebes des Werkzeugs 12 in dauernder Wiederholung auf den Kopf eines Ambosses 28 auftrifft. Außerdem befindet sich zwischen dem Hammer 36 und dem Amboß 28 eine Gas-Auslaßeinrichtung 38, mit der der Gasauslaß aus dem Bohrgerät 12 gesteuert wird. Der

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Amboß 20 wird von einem A'rH)O^i;>.L'U^;iru;i'-:.::ri^r; 40 und einen te-iJpa.j.tri-i.r·' 42 in Gehäuse 20 ?:::.:Ät^r;:\

.<'.·:. Rüci:s~iiJ aTventil 32 gehört eine ruoarirOii kurbel 44, die zwischen einem Ventil" Lt;: 4t: und einer großen, in de;;¹ unterer i\i.' 1·.^; des ohuu^e !;-ils Ή eiri.--e~ i'ontor Cf f mm .^ 4ö, an'-eordiiet isc. i)i^ ii ei ;or Kanmer ^O bexinüliche, Kusamirieaari.iok'.iare Kurci. 4 4 ici oniü und unter Jijiiiv/irkung von entsoreciiend noiiem Tn:.-ck ziiGar'jaeiidrückbar. Die Ku^eJ 44 ist aus einem faserversi^'rkten Uretixan-Werkstoff hergestellt, flanit bei dei; rauiien Betriebnljodin.'run^en eine mögliclast Hohe .Lebensdauer "eoicliert ist. Zum Ventilsitz 4b rühren eine Reihe vor scnrüc-; angeordneten Durch^äu'ion 52, die einen Gasflui' -.v\s der Kannner 50 zu einer Mittelbohrunp: 54 in der Versor.^ungseinrichtunf ernöglichen. Die Porm des Ventilsitzes 46 iot a.rn besten in i'ig. 2 erkennbar.

Der Ventilsitz 46 wird zwischen einem Distanzring 58 und einem Halter 60 für die Versorgungseinrichtung 34 festgehalten. Der Distanzring 58 besteht aus einem ölbeständigen j'iiastomer, wodurch ein gewisser Grad von Beweglichkeit in der Lage des Ventilsitzes 46 ermöglicht wird. Um die Außenfläche eines Flansches 56 herum läuft ein Ringraum, der in Verbindung mit der Losen zwischen dem Halter 60 und dem Ventilsitz 46 eine begrenzte seitliche Einstellung zuläßt. Der Halter 60 ruht mit einer Schulter 66 auf dem

Gehäuse 20, wodurch der Halter 60 in seiner Lage festgehalten wird, wenn das obere Gehäuseteil 14 mittels der Verschraubung 22 an dem Gehäusemittelteil befestigt wird. Am unteren 'feil der Halterung 60 ist ein nach innen gerichteter Plansch 68 vorgesehen, der mit einem nach außen gerichteten Flansch 70 an der Versorgungseinrichtung 34 zusammenpaßt. Dieser Plansch 70 ist etwas kleiner im Durcluaesser als der Innendurchmesser der Halterung 60, wodurch eine gewisse seitliche Beweglichkeit ermöglicht wird. Oben auf dem Plansch 70 ist eine O-Ring-Dichtung angebracht, um einen Gasverlust um die Versorgungseinrichtung 34 außen herum zu verhindern. Auf diese Weise stellen Ring 58 und die Dichtung 72 sicher, daß alles Gas, das sich unterhalb der Halterung 60 befindet, durch die Mittelbohrung 54 hindurchtreten muß.

An der Versorgungseinrichtung 34, dem Hammer 36 und dem Amboß 28 sind eine Reihe von Ölnuten angeordnet, wobei diese an der Versorgungseinrichtung mit 74 bezeichnet sind. Diese Ölnuten vermindern die Abnutzung zwischen den aufeinander gleitenden Oberflächen des Gerätes und stellen sicher, daß das Öl, das innerhalb des Gerätes in der Porm des üblichen Ölnebels benutzt wird, für die notwendige Schmierung sorgt, die für einen guten Betrieb und eine gute Abdichtung nötig ist.

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Von der Mittelbohrung 54 erstrecken sich Querbohrungen 76 zur Verbindung mit einem Ringraum 78, wie am besten aus der Fig. 3 zu ersehen.

Der Durchmesser der Bohrung 54 vermindert sich im mittleren Teil der Versorgungseinrichtung an einer Schulter 80. Außerdem ist in dem mittleren Teil der Versorgungseinrichtung 34 ein länglicher Ringraum 82 eingeschnitten, dessen unterer Teil den äußeren Teil von axial gerichteten Bohrungen 84 anschneidet, was am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist. Die Axial-Bohrungen 84 erstrecken sich parallel zur Achse der Versorgungseinrichtung 34 und verbinden den Ringraum 82 ständig mit dem unteren Teil der Versorgungseinrichtung. Die mittlere Bohrung 54 verengt sich außerdem noch an einer zweiten Schulter 86, sodaß der untere Teil dieser Bohrung nahezu den selben Durchmesser aufweist, wie die Axialbohrungen 84. Am unteren Ende der Bohrung 54 ist eine verengte Öffnung 88, die einen ständigen kleinen Gasdurchfluß durch die Versorgungseinrichtung 34 zuläßt. Die Öffnung 88 kann die für den normalen Bohrbetrieb erforderlichen, großen Gasvolumina nicht durchlassen, sondern sie ist hauptsächlich dazu bestimmt, um die Leistung des Gas-Kompressors auszunutzen.

Unmittelbar über der Verengung 88 ist eine Reihe von Querschlitzen 90 angeordnet, die sich in radialer Richtung von der Mittelbohrung 54 nach außen erstrecken, was aus Fig. 5 zu entnehmen ist.

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Es ist sehr wichtig, daß keiner von den yuerschlitzen die axial gerichteten Bohrungen 84 anschneidet, wie ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlich.

Die Versorgungseinrichtung 34 ist entlang der Achse des Bohrgerätes 12 angeordnet, wobei der äußere Durchmesser ihres oberen 'Teiles, mit Ausnahme des Flansches 70, im wesentlichen derselbe ist, wie der äußere Durchmesser ihres unteren Seiles. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Versorgungseinrichtung 34 aus Aluminium mit einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen zur Verringerung der Abnutzung auf ihrer äußeren Oberfläche.

Der Hammer 36 ist langgestreckt und ringförmig und füllt den Raum zwischen der Versorgungseinrichtung 34 und dem Gehäuseteil 20 aus. Er ist mit einer Mittelbohrung 92 versehen, in der die Versorgungseinrichtung 34 gleitbar aufgenommen ist und bildet mit dieser eine Metall-auf-Metall-Abdichtung. Die ülnuten 74 und das in ihnen enthaltene Öl unterstützen diese Metall-auf-Metall-Abdichtung. Auf ähnliche Weise bildet die äußere Fläche des Hammers 36, in die ölnuten 94 eingeschnitten sind, eine Metall-auf-Metall-Abdichtung mit der inneren Oberfläche des Gehäuseteiles 20.

Von der oberen Oberfläche des Hammers 36 erstrecken sich Bohrungen 96 unter einem kleinen Winkel von weniger als

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15° zur Achse des Hammers 36 in schräger Richtung zu einem Einschnitt 98. Der Einschnitt 98 schneidet den innersten, unteren Teil der Schrägbohrungen 96 an, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist.

Wie aus Fig. 4 entnommen werden kann, ist der Ringkörper, der den mittleren Teil des Hammers bildet, massiv bis auf einen sehr schmalen länglichen Ringraum 100, der sich an einer Stelle zwischen dem Gehäuseteil 20 und dem Hammer befindet, an dem der Durchmesser des Hammers etwas geringer ist. Durch den Ringraum 100 wird verhindert, daß der Hammer 36 unter der Wirkung von auf das V/erkzeug 12 ausgeübten Seitenkräften innerhalb des Gehäuses 20 hängenbleibt.

Von der unteren Oberfläche des Hammers 36 erstrecken sich geneigte Bohrungen 102 unter einem Winkel kleiner als 15 zu der Achse des Werkzeugs zu einem Einschnitt 104 im Hammer 36, wie aus Fig. 5 zu sehen.

Der Hammer 36, der gewöhnlich auch als Kolben bezeichnet v/ird, kann umgedreht werden, da der obere und der untere Teil miteinander identisch sind. Um Ermüdungsbrüche im Hammer 36 bei seinen ständigen Schlägen auf den Amboß 28 zu verhindern, müssen alle scharfen Kanten am Hammer 36 vermieden werden. Daher ist jede der Bohrungen 96 und 102 geglättet, um abgerundete Enden zu erzielen. Ebenso sind alle Kanten der Einschnitte 98 und 104 abgerundet. Die

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Kanten der oberen und unteren Oberfläche des Hammers 36 sind ebenfalls abgerundet, Lim kleine Radien zu erhalten, während die geneigten Bohrungen 96 und 102 gebrochene kanten aufweisen.

Innerhalb des Amboß 28 ist eine mittlere Bohrung 106 angeordnet, die einen oberen, an einer Schulter 108 endenden Teil 110 mit einem größeren Durchmesser aufweist. Innerhalb des oberen Teils 110 ist die Auslaßeinrichtung 38 angeordnet, die gleitbar gegen die innere Oberfläche der Bohrung 92 im Hammer abgedichtet ist, und die aus einem Plastik-Werkstoff besteht (obwohl auch Aluminium oder andere Werkstoffe benutzt werden können).

Ein konischer Abschnitt 112 beschleunigt den G-asdurchfluß durch die Bohrung 114 in der Auslaßeinrichtung 38.

Der untere Teil der Auslaßeinrichtung 38, der in den Amboß 28 eingepaßt ist, hat einen Einschnitt 116, während ein dazu passender Einschnitt 118 in dem Amboß 28 vorgesehen ist. Der Einschnitt 118 ist mit einer Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden Ringen 120 versehen, und der Raum zwischen den Einschnitten 116 und 118 ist mit einem elastischen Material 122, vorzugsweise einem Werkstoff auf Gummibasis, ausgefüllt. Wenn die Auslaßeinrichtung in den Amboß 28 hineingetrieben wird, dehnt sich das elastische Material 122 aus, wodurch der Raum zwischen den Einschnitten 116 und 118 so weit ausgefüllt wird, daß die Auslaßeinrichtung 38 in ihrer Lage festgehalten wird.

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Der Amboß 28 weist ülnuten 124 auf, ähnlich den ülnuten 74 und 94. Unterhalb einer Schlagfläche 126 auf dem Amboß 28, die von einer Schlagfläche 128 an dem Hammer 36 getroffen wird, ist ein Einschnitt 130, der während des normalen Betriebes des Werkzeuges einen Ringraum zwischen dem Amboß 28 und dem Amboßführungsring 40 bildet. Der Amboßführungsring 40 hat einen kleinen Absatz 132, der an den Haltespaltring 42 anstößt. Dieser Ring 42, der aus zwei gleichen Hälften gebildet wird, wird in seiner Lage von einem O-Ring 134 festgehalten und wird dazu benutzt, uir. den Zusammenbau des Bohrgerätes 12 zu erleichtern; außerdem bildet er einen unteren Anschlag für den Amboß Der untere Teil des Ringes 42 stößt an ein 'feil 136 an, das aus einem elastischen Werkstoff auf Gummibasis besteht und das als Einschnappring wirkt, sodaß der Amboßführungsring 40 an seinem Platz festgehalten und der Hammer 36 am Herausfallen aus dem Gehäuseteil 20 gehindert wird, wenn der Amboß 28 und das mit ihm einstückige Bohrwerkzeug 30 ausgewechselt werden müssen.

Unterhalb des Halteringes 42 dient der untere Gehäuseteil 24, der auch gewöhnlich als Antriebsgehäuse bezeichnet wird, dazu, die Ringe 42 und 40 und damit den Amboß 28 an seinem Platz 20 in dem Gehäuse festzuhalten. Wie in den Figuren und 1b dargestellt, kann der Amboß 28 in dem unteren Gehäuseteil 24 gleiten. Nuten 138 in dem unteren Gehäuseteil nehmen an dem Amboß angeformte Keile 140 auf, während

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Nuten 14 2 an dem Amboß 28 Keile 144 am unteren Gehäuseteil 24 aufnehmen. Die ineinander passenden Nuten 138, 142 und Keile 140, 144 lassen wohl eine freie axiale Bewegung, aber koine radiale Bewegung zwischen dem Amboß und dem unteren Gehäuseteil 24 zu.

Beim Bohren stößt das untere Ende des unteren Gehäuseteils an einen auswärts gerichteten Plansch 146 am Amboß 28 an, wodurch der Amboß 28 mit dem Bohrkopf 30 nach unten ge-.zwungen wird. Die Bohrung 106 im Amboß 28 endet in zwei geneigten Durchgängen 148, die zu dem Schneidteil 150 des Bohrkopfes 30 füliren. An dem Teil 150 sind Schneideinsätze 152, z. B. aus Wolframkarbid, angebracht. Der Schneidteil 150 des Bohrkopfes hat einen nach außen gerichteten Teil 154, um sicher zu stellen, daß das Bohrloch einen größeren Durchmesser als das Gehäuse 20 und das Bohrrohr aufweist.

Obwohl das dargestellte Bohrwerkzeug einen massiven Bohrkopf hat, können auch andere übliche Bohrköpfe an einem erfindungsgemäßen Schlagbohrgerät angebracht sein. Bei sorgfältiger Einstellung der Schlagstärke kann sogar ein Rollkonuswerkzeug benutzt werden.

Der Betrieb des Bohrgerätes 12 wird im folgenden anhand der Figuren 7 bis 10 besprochen.

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Wenn das Druckgas durch das Bohrrohr zu fließen beginnt, int die große Öffnung 48 einem hohen Druck ausgesetzt und infolgedessen wird die Kugel 44 nach innen in Richtung der; Ventilsitzes 46 zusammengedrückt, wodurch das Druckgas, wie in i^<lig. 7 gezeigt, um die Kugel 44 herum, durch den Ventilsitz 46 und in die Bohrung 54 der Versorgungseinrichtung 34 fließen kann. Am unteren Ende der Bohrung 54 fließt eine geringe Gasmenge ständig durch die Verengung 88, aber die Ilauptmenge des Druckgases fließt nach außen von der Bohrung 54 durch die yuersehlitze 90, den Einschnitt und die geneigten Bohrungen 102 zum Boden des Hammers 36. Auf diese Weise bewirkt das unter den Hammer 3o eingeführte Druckgas eine aufwärts gerichtete Kraft auf diesen, sodaß sich der Hammer nach oben zu bewegen beginnt, wie in Fig. dargestellt.

Wenn sich der Hammer 36 nach oben bewegt, wird der Durchfluß durch die Querschlitze 90 beendet, sobald der Einschnitt 104 den oberen äußeren Teil der Wuerschlitze 90 passiert. Jedoch fährt das unter dem Hammer 36 zwischen der Auslaßeinrichtung 38 und dem Gehäuseteil 20 eingeschlossene Druckgas fort, den Hammer aufwärts zu treiben,und der Einschnitt 98 kommt infolge dieser fortgesetzten Aufwärtsbewegung in Verbindung mit dem über die yuerschlitze 76 zu der Bohrung 54 führenden Ringraum 78. (Fig. 8 zeigt die Lage gerade dann, wenn der Einschnitt 98 mit dem Ringraum 78 in Verbindung kommt).

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Die Verwendung eines Einschnittes und eines Ringraumes lassen einen sehr schnellen Druckaufbau zu, da der "Crescent"-Effekt, der auftritt, wenn eine kreisförmige Bohrung mit einem Ringraum in Verbindung kommt, und der sich dadurch ergebende, kleine anfängliche Durchfluß vermieden werden. Die unter dem Hammer 36 eingeschlossenen, sich ausdehnenden Druckgase fahren fort, ihn aufwärts zu treiben, bis der Druck der Gase, die durch die Querbohrung 76, den Ringrauro 78, den Einschnitt 98 und die geneigten Bohrungen 96 eintreten, überwiegt oder bis das sich ausdehnende Gas, wie unten beschrieben, abgeführt ist.

In Pig. 9 hat der Hammer 36 seine höchste Stellung erreicht. Der ansteigende Druck oberhalb des Hammers 36 hat die nach oben gerichtete, durch den Gasdruck unterhalb des Hammers bewirkte Aufwärtsbewegung aufgehalten, und das Gas unterhalb des Hammers 36 wird nun über die Auslaßeinrichtung 38, die durch den unteren Teil des Hammers 36 nicht mehr abgedeckt ist, abgeführt. Der hohe Druck oberhalb des Hammers 36 und der sehr niedrige Druck unterhalb von ihm verursachen eine sehr große, nach unten gerichtete Kraft, die den Hammer 36 sehr kräftig nach unten treibt.

Fig. 10 zeigt den Hammer 36, wie er sich sehr schnell nach unten bewegt, unmittelbar vor seinem Auftreffen auf den Amboß 28. Die Abführung des Druckgases oberhalb des Hammers 36 beginnt unmittelbar vor dem Auftreffen auf den

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Amboß, sobald der Einschnitt 98 mit dem Ringraum 82 verbunden ist, worauf das Gas über die Axialbohrungen 84 durch die Auslai3einrichtung 38 abgeführt wird. (In Fig. 10 ist die Versorgungseinrichtung 34 um 45° gedreht worden, damit die Axialbohrungen 84 besser zu erkennen sind). Das Zusammentreffen des Einschnittes 98 und des Ringraumes 82 stellen eine sehr rasche Abfuhr des über dem Hammer 36 befindlichen Druckgases sicher. Unmittelbar vor dem Schlag auf den Amboß beginnt das Druckgas, unterhalb des Hammers 36 über die Querschlitze 90 und den Einschnitt 104 wieder einzutreten, wodiirch das Arbeitsspiel von neuem beginnt.

Die Grüße der nach unten gerichteten Kraft des Hammers 36 wird bestimmt durch:

den in dem Ringraum oberhalb des Hammers 36 entwickelten Druck χ der Größe der oberen Oberfläche des Hammers χ der Länge des Hammerweges.

Der Überdruck unter dem Hammer ist im wesentlichen zu KuIl geworden in der Zeit, v/o der Hammer seine höchste Stellung erreicht. Weil der Druckanstieg unterhalb des Hammers erst einen Bruchteil einer Sekunde vor dem Auftreffen des Hammers auf den Amboß beginnt, ist der Überdruck unterhalb des Hammers beim Aufschlag vernachlässigbar, aber der rasche Druckanstieg danach sorgt sofort für die Anhebung des Hammers. Der nach unten gerichtete Schlag des Hammers wird durch den Amboß 28 auf den Bohrkopf 30 übertragen.

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Bei der Benutzung eines erfindungsgemäßen, druckgasbetätigten Schlagbohrgerätes wird eine geringere Niedernaltekraft beim Bohren benötigt und die Abnutzung des Bohrkopfes vermindert. Ein erfindungsgemäßes, druckgasbetätigtes Schlagbohrgerät erhöht daher die Eindringgeschwindigkeit beim Bohren wesentlich. Ein erfindungsgemäßes Bohrgerät weist eine'größtmögliche Schlagkraft und Schlaggeschv/indigkeit für einen gegebenen Werkzeugdurchmesser auf. Die Gaszufuhr von der Mitte her hat eine größere Wirkungsfläche für das Druckgas zur Folge, um den Hammer nach unten zu treiben. Wenn das Druckgas mitten durch den hammer geführt wird, tritt ein geringerer Verlust an druckwirksamer Oberfläche auf, als wenn das Druckgas durch das Gehäuse zugeführt wird, wie bei den bekannten Vorrichtungen; ganz abgesehen von der durch die GehäuseZuführungen verursachten, wesentlichen Schwächung des Gehäuses. Um eine hohe Schlaggeschwindigkeit zu erhalten, ist es wichtig, den Druck über der Oberfläche des Hammers schnell auf- oder abzubauen. Bei der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes erlaubt das Zusammentreffen des Einschnittes 98 und des Ringraumes 82 ein sehr großes Durchflußvolumen, sobald die Verbindung hergestellt ist. Dasselbe gilt für die Gasabfuhr von oberhalb des Hammers, weil das größtmögliche Auslaßvermögen durch den Ringraum und die Bohrungen 84 vorgesehen wird, die das Gas über die geneigten Bohrungen 96 und den Einschnitt 98 aufnehmen. Trotz des sehr schnellen Druckauf- und abbaues oberhalb

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des Hammers ist in dem Raum unterhalb des Hammers ebenfalls ein sehr schneller Wechsel zwischen Druckauf- und -abbau möglich. Der Einschnitt 104 läßt den größtmöglichen Druckgasdurchfluß durch die Wuerschlitze yo zur Anhebung des Hammers 36 zu, während die Auslaßeinrichtung 38 beinahe sofort alle noch unter dem Hammer verbleibende Druckgasmenge abführt.

Die Verengung 88 zusammen mit dem konischen Abschnitt 112 der Auslaßeinrichtung 38 wirkt wie ein Strahlrohr zur Vakuumerzeugung, wodurch die Abftihr von oberhalb und unterhalb des Hammers unterstützt wird. Wenn zusammen mit dem Druckgas auch noch Wasser eingespritzt wird, fließt das Wasser ebenfalls durch die Verengung 88 aus, wodurch dank der größeren Dichte des Wassers die Venturi-Wirkung nochmals vergrößert wird.

Dieser Venturi-Effekt verringert die Auslaßzeit und erhöht auf diese V/eise die Schlagzahl des Hammers.

Wenn der Bohrkopf 30 aus dem Bohrloch angehoben wird, muß gewöhnlich der Hammerbetrieb eingestellt werden, damit die Werkzeugausrüstung nicht beschädigt wird. Bei einem erfindungsgemäßen Bohrgerät fällt jedoch der Amboß beim Anheben des Werkzeuges bis zu der Schulter 131 und bleibt auf dem Haltering 42 liegen. Der Hammer 36 folgt dem Amboß 28 in der Abwärtsbewegung, wodurch der Ringraum 78 und die

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Querschlitze 76 aufgedeckt werden; die Querschlitze 90 werden dagegen abgedeckt, wodurch ein Druckanstieg unterhalt des Hammers verhindert wird. Dementsprechend bläst das Druckgas durch die Mittelbohrung 54, die Querschlitze 76, den Hingraum 78, die geneigten Bohrungen 96, den Einschnitt 98, den Ringraum 82 und die Axialbohrungen 84 hindurch und aus der Auslaßeinrichtung 38 heraus.

Auf diese Weise wird außerdem Druckgas durch die geneigten Durchgänge 148 zu dem Bohrkopf 30 ausgeblasen, sodaß die Hammerschläge aufhören, wodurch das Auftreten eines Schadens vermieden wird.

Beim Bohren durch lose Formationen ist ein frei ausblasendes Werkzeug vorzuziehen, weil auf diese Weise die beste Gewähr dafür gegeben ist, daß die Bohrspäne an die Oberfläche befördert werden.

Fig. 11 zeigt eine andere Ausführungsform eines Rückschlagventiles, durch welches das in Fig. 1a gezeigte Rückschlagventil 32 ersetzt werden kann. Ein Rückschlagventil 156 hat eine Ventilspindel 158 und einen Ventilsitz 160, wobei dieser eine Bohrung 162 aufweist, um die Ventilspindel 158 gleitbar aufzunehmen. Innerhalb der Ventilspindel 158 ist eine Feder 164 vorgesehen, die die Spindel 158 vom Sitz 160 abdrücken kann. Der äußere, obere Teil der Ventilspindell 58 lat mit einer Auflage 166 aus einem elastischen

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Material versehen, tun die große Bohrung 4β zu verschließen, wodurch ein Rückfluß von Druckgas innerhalb des Gerätes 12 verhindert wird. Bereits ein geringer Überdruck in dein Bohrrohr bringt die Ventilspindel 158 nach unten in Richtung gegen den Ventilsitz 160, sodaß ein Durchfluß durch die geneigten Durchgänge 52 ermöglicht wird. Wenn es während des Bohrbetriebes erforderlich sein sollte, das Ventil 32 durch ein anderes Ventil zu ersetzen, kann das Ventil 156 eingebaut werden, ohne irgendwelche Änderungen an den übrigen Teilen des Gerätes 12 vornehmen zu müssen.

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Claims

ANSPRÜCHE

Druckgasbetätigtes Schlagbohrgerät, bestehend aus einem mit seinem oberen Teil an einem Bohrrohr anzubringenden Gehäuse, einem in dem Gehäuseunterteil gleitbar untergebrachten, den Bohrkopf tragenden Amboß, einem oberhalb des Amboß im Gehäuse entlang der Geräteachse zum Schlagen des Amboß hin- und herführbaren Hammer, Einrichtungen für die Druckgasversorgung aus dem Bohrrohr und für den Gasauslaß aus dem Gerät, um während eines Arbeitsspieles nacheinander den Gasdruck unterhalb und oberhalb des Hammers auf- und wieder abzubauen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasversorgungseinrichtung (34) mit Gasführungen (52, 54) durch den. Hittelteil des Hammers (36) im oberen Teil (18, 20) des Gehäuses befestigt ist, wobei an der Versorgungseinrichtung (34) durch den Hammer gleitbar freigebbare und schließbare Ventildurchgänge (78, 82, 90, 96, 102) ausgebildet und die Auslaßeinrichtung (38) auf dem Amboß (28) befestigt und zwischen Hammer und Amboß derart angeordnet sind, daß während jedes Arbeitsspieles das Druckgas von unterhalb des Hammers durch einen Raum (114) ausgestoßen wird, der zwischen der Auslaß- und der Versorgungseinrichtung verläuft und durch die Auslaßeinrichtung hindurch geführt ist.

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2. Schlagbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Ventildurchgängen an der Versorgungseinrichtung (34) in Verbindung mit einer ersten Bohrung (54) ein Ringraum (78) gehört, während am Hammer (36) ein erster Einschnitt (98) derart vorgesehen ist, daß der Raum oberhalb des Hammers während jedes Arbeitsspieles unter Druck gesetzt wird, wenn der Einschnitt (98) mit dem Ringraum (78) in Verbindung tritt.
3. Schlagbohrgerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Ventildiirchgängen in der Versorgungseinrichtung (34) ein zweiter Ringraum (82) gehört, der mit einer Bohrung (84, 92) verbindbar ist, die sich, um den Raum oberhalb des Hammers (36) bei jedem Arbeitsspiel dr\icklos zu machen, durch den Hammer erstreckt.
4. Schlagbohrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeiclinet, daß zu

den Ventildurchgängen in der Versorgungseinrichtung (34) mit der ersten Bohrung (54) verbundene Querbohrungen (90) gehören, die mit einem zweiten Einschnitt (104) in dem Hammer (36) verbindbar sind, wobei der Hammer wenigstens einen Durchgang (102) aufweist, der sich derart von dem zweiten Einschnitt (104) zu dem Raum unterhalb des Hammers erstreckt, daß durch die Querbohrungen (90) und den Einschnitt (104) hindurch Druck auf den Raum unterhalb des Hammers während jedes Arbeitsspieles des Bohrgerätes aufgebracht werden kann. 609814/0 4 00

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5. Schlagbohrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die G-asauslaßeinrichtung (38) sich von dem Amboß (28) nach oben erstreckt und derart mit einem mittleren Durchgang (114) versehen ist, daß das unterhalb des Hammers (36) befindliche Druckgas abgeführt werden kann, wenn das untere Ende des Hammers sich über den oberen Teil der Auslaßeinrichtung erhebt.
6. Schlagbohrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (36) aufwärts gerichtete, mit dem ersten Einschnitt (98) verbundene Durchlässe (96) derart aufweist, daß der Raum oberhalb des Hammers unter Druck gesetzt bzw. drucklos gemacht werden kann.
7. Schlagbohrgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Hammer (36) die Kanten, die aufwärts- und die abwärtsgerichteten Durchlässe (96, 102) und die Einschnitte (98, 104) ab- bzw. ausgerundet sind, um durch den Hammerbetrieb hervorgerufenen Ermüdungsbrüchen vorzubeugem.
8. Schlagbohrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasversorgung (34) ein zwischen ihrem Oberteil (46) und dem Gehäuseoberteil (48, 18) angeordnetes

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Rückschlagventil (32; 156) umfaßt, daß den Gasdurchgang vom Bohrrohr zur Hämmereinrichtung (12) unterbrechen kann und eine "begrenzte, radiale Bev/egbarkeit der Versorgungseinrichtung (34) zuläi3t.
9. Schlagbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Amboß (28) eine in ihm eingeformte G-asauslaßöffnung (106) aufweist,

im Hammer (36) ein sich durch seinen Mittelteil erstreckender Durchgang (92), ein sich im Innern von der oberen Oberfläche des Hammers bis zum I-iitteldurehgang (92) erstreckender oberer Durchgang (96) und ein sich im Innern des Hammers von der unteren Oberfläche bis zum Mitteldurchgang (92) erstreckender unterer Durchgang (102) vorgesehen sind,

in der Yersorgungseinrichtung (34) ein Hochdruckdurchgang (54, 76, 78, 90) und ein mit seinem Eingang (82) zwischen den oberen und unteren Durchgängen des Hammers gelegener Auslaßdurchgang (84) eingeformt sind, wobei an den Hochdruckdurchgang (54, 76, 78, 90) Verbindungen (52, 50, 48) zu dem Bohrrohr angeschlossen sind, und daß der Hammer (36) über der Versorgungseinrichtung (34) zwischen einer ersten Stellung, in der der Hochdruckdurchgang der Versorgungseinrichtung (34) in Fließverbindung mit dem unteren Durchgang (102)

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und der Auslaßdurcligang (84) in Fließverbindung mit dem oberen Durchgang (96) sind, und einer zweiten Stellung, in der der Hochdruckdurchgang der Versorgungseinrichtung in Fließverbindung mit dem oberen Durchgang (9'6) und der untere Durchgang (102) des Hammers in Fließverbindung mit der Auslaßöffnung (106) des Amboß (28) sind, hin- und hergleitbar beweglich ist.
10. Schlagbohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckdurchgang der Versorgungseinrichtung (34) eine Mittelbohrung (54), erste und zweite, sich von der Kittelbohrung aus durch die Versorgungseinrichtung seitlich erstreckende Öffnungen (76, 90) Lind einen ersten Einschnitt (78) umfaßt, der sich in Verbindung mit der ersten seitlichen öffnung (76) befindend um die Versorgungseinrichtung herum erstreckt, während der mittlere Durchgang (92) des Hammers (36) einen zweiten, mit dessen oberen Durchgang (96) verbundenen Einschnitt (98) aufweist, der mit dem ersten Einschnitt (78) in Verbindung bringbar ist.
11. Schlagbohrgerät nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Einschnitt (82) an der Versorgungseinrichtung (34) derart vorgesehen ist, daß er über den Auslaßdurchgang (84) mit der Auslaßöffnung (106) im Amboß (28) verbunden ist.

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12. Schlagbohrgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteldurchgang (92) des Hammers (36) einen weiteren, mit dessen unteren Durchgang (102) verbundenen Einschnitt (104) aufweist.
13. Schlagbohrgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des durch die Versorgungseinrichtung (34) führenden Hochdruckdurchganges (54) eine verengte Auslaßöffnung (88) und an der auf dem Amboß (28) befindlichen Gasauslaßöffnung (106) ein konischer, zur Öffnung (88) gleichachsig angeordneter Durchgangsabschnitt (112) derart vorgesehen sind, daß ein Strahlrohr zur Unterdruckerzeugung entsteht.

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