Die Erfindung betrifft eine, aus der FR-A-2 344 378 bekannte, hydraulisch betriebene Schlagdrehbohrvorrichtung, insbesondere zum Ankerlochbohren, mit einem Schlagkolben und einer dessen Bewegungsrichtung wechselweise umschaltenden Steuerung, mit einem vom Schlagkolben beaufschlagbaren, in dessen Längsrichtung verschiebbar gehaltenen Werkzeug-Einsteckende, das mittels eines Drehwerks antreibbar ist, und mit einem Druckraum, über welchen die die Rückhubbewegung bewirkende Schlagkolben-Rückhubfläche mit dem Arbeitsdruck für den Betrieb des Schlagkolbens beaufschlagt wird und der einen am Schlagkolben angebrachten, dessen Bewegungsfreiheit in Längsrichtung festlegenden Vorsprung aufnimmt.
Einen wesentlichen Einsatzbereich für Schlagdrehbohrvorrichtungen stellt das sogenannte Ankerlochbohren dar; in diesem Zusammenhang auszuführende Bohrarbeiten sind beispielsweise das Gesteinsbohren, Rammbohren, Schneckenbohren und Kernbohren, bei denen die beiden Hauptbestandteile der Schlagdrehbohrvorrichtung - nämlich das den Schlagkolben antreibende Schlagwerk und das Drehwerk - einzeln oder gemeinsam eingesetzt werden können.
Falls lediglich das Drehwerk in Betrieb ist, führt der dann unerwünschte Kontakt zwischen dem Schlagkolben und dem Werkzeug-Einsteckende zu einem erhöhten Verschleiß und ggf. zu Beschädigungen insbesondere am Schlagkolben und an den zugehörigen Dichtelementen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schlagdrehbohrvorrichtung in der Weise weiterzuentwickeln, daß das Drehwerk ggf. ohne Beeinträchtigung oder Beanspruchung der in Frage kommenden Bestandteile des Schlagwerks allein betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Schlagdrehbohrvorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht dabei darin, den Schlagkolben mit einem Vorsprung auszustatten, der ggf. an einem in Längsrichtung des Schlagkolbens verschiebbaren Anschlagelement abstützbar ist. Dieses ist derart ausgebildet und geschaltet, daß es bei unterschiedlicher Druckbeaufschlagung eine Schlagbetriebstellung oder eine Drehbetriebstellung einnimmt: In der erstgenannten Stellung ist der Vorsprung bezüglich des Anschlagelements derart beweglich, daß der Schlagkolben das Werkzeug-Einsteckende bestimmungsgemäß beaufschlagen kann; falls das Anschlagelement - nach Abschalten des Arbeitsdrucks für den Betrieb des Schlagkolbens und Beaufschlagen mit einem Steuerdruck - entgegen der Schlagrichtung in die zweite Stellung gebracht wird, wird der vom Anschlagelement erfaßte Vorsprung in dieser Richtung mitgeführt und dadurch die Schlagkolbenspitze vom Werkzeug-Einsteckende abgehoben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Drehwerk ohne Einflußnahme auf den Schlagkolben betrieben werden kann.
Im einfachsten Fall kann der die Abhebebewegung des Anschlagelements hervorrufende Steuerdruck durch Betätigung eines Ventils zugeschaltet werden, welches eine Verbindung mit einer Druckölquelle herstellt.
Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes weist das Anschlagelement in entgegengesetzter Richtung wirksame Steuerflächen auf, die mit dem Arbeitsdruck für den Betrieb des Schlagkolbens bzw. mit dem Steuerdruck beaufschlagbar sind (Anspruch 2).
Vorzugsweise ist die in Richtung auf die Schlagbetriebstellung wirksame Schlagbetrieb-Steuerfläche des Anschlagelements derart bemessen, daß die von ihr ausgehende Kraft größer ist als die unter Einwirkung des Steuerdrucks von der zumindest einen Drehbetrieb-Steuerfläche ausgehende Abhebekraft (Anspruch 3). Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Abhebevorgang erst eingeleitet werden kann, nachdem das Schlagwerk (nach Abschalten des Arbeitsdrucks für den Betrieb des Schlagkolbens) stillgesetzt worden ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist das Anschlagelement unter Einwirkung des Arbeitsdrucks für den Betrieb des Drehwerks als Steuerdruck in die Drehbetriebstellung verschiebbar (Anspruch 4). Mit der Inbetriebnahme des Drehwerks wird dementsprechend selbsttätig, also unabhängig von der Aufmerksamkeit einer Bedienungsperson, der Abhebevorgang eingeleitet, falls das Anschlagelement ausschließlich mit dem Drehwerk-Arbeitsdruck beaufschlagt wird.
Das Anschlagelement läßt sich in einfacher Weise als Verschiebehülse ausbilden, die sich beweglich an dem Schlagkolben abstützt (Anspruch 5). Ihre Drehbetrieb-Steuerfläche kann dabei über eine Ringnut mit einer Steuerleitung in Verbindung stehen, die an die Druckleitung des Drehwerks angeschlossen ist (Anspruch 6).
Damit die Funktion der Steuerleitung unabhängig von der Drehrichtung des Drehwerks erhalten bleibt, geht die Steuerleitung zweckmäßig in ein Umschaltventil über, welches gleichzeitig an die Druck- und die Rücklaufleitung des Drehwerks angeschlossen ist.
Der Erfindungsgegenstand kann dadurch weiterausgestaltet sein, daß die Stirnfläche der Verschiebehülse, welche der Schlagkolbenspitze zugewandt ist, über einen Entlastungskanal drucklos gehalten ist (Anspruch 7). Durch diese Druckentlastung wird der Aufbau eines Druckpolsters im Bereich der Stirnfläche verhindert, welches die Funktion der Verschiebehülse beeinträchtigen könnte.
Auf der dem Vorsprung zugewandten Seite weist die Verschiebehülse vorzugsweise eine Ausnehmung auf, die kürzer ist als die Längserstreckung der Verschiebehülse und deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des als Ringabsatz ausgebildeten Vorsprungs (Anspruch 8). Die Ausnehmung dient dazu, den Schlagkolben beim Leerschlag im Zusammenwirken mit dem Ringabsatz abzubremsen und diesen während des Abhebevorgangs über ihre Endfläche mitzuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Die Schlagdrehbohrvorrichtung weist als Hauptbestandteil ein Schlagwerk 1 mit einem Gehäuse 2, einem in diesem hin- und herbeweglichen Schlagkolben 3 und einer Steuerung 4 sowie ein Drehwerk 5 mit einem Drehwerkgehäuse 6 auf, das - zusammengesetzt aus den Bestandteilen 6a und 6b - über den letztgenannten Bestandteil an das Schlagwerkgehäuse 2 angeflanscht ist.
An dem Bestandteil 6b ist ein Hydraulikmotor 7 befestigt, mit dem ein im Drehwerkgehäuse 6 abgestütztes Antriebsritzel 8 in beiden Drehrichtungen angetrieben werden kann. Das Drehwerkgehäuse nimmt weiterhin - abgestützt an zwei Axiallagern 9 und 10 - ein als Zahnrad ausgebildetes Gegenlager 11 auf, in dessen Verzahnung 11a das Antriebsritzel 8 eingreift. Mit dem Gegenlager 11 ist über eine Drehmomentverbindung in Form eines Keilwellenprofils 12a ein Werkzeug-Einsteckende 12 in Längsrichtung des Schlagkolbens 3 beweglich verbunden; der Bewegungsspielraum des Werkzeug-Einsteckendes bezüglich des Drehwerkgehäuses 6 und des Gegenlagers 11 ist durch einen Absatz 12b begrenzt.
Das unter Einwirkung des Hydraulikmotors 7, des Antriebsritzels 8 und des Gegenlagers 11 in Drehung versetzte Werkzeug-Einsteckende 12 überträgt die vom Schlagkolben 3 erzeugte Einzelschlagenergie auf das nicht dargestellte Bohrwerkzeug; die Schlagkolbenspitze 3a, die mit dieser zusammenwirkende Aufschlagfläche 12c des Werkzeug-Einsteckendes und die Drehmomentverbindung zwischen den Teilen 11 und 12 sind dabei unter Umständen einer erheblichen Beanspruchung ausgesetzt.
Innerhalb des Schlagwerkgehäuses 2 sind voneinander durch den Schlagkolben getrennt drei Räume vorhanden, nämlich (in ihrer Aufeinanderfolge von der Schlagkolbenspitze 3a aus betrachtet) ein Druckraum 13, ein Umsteuerraum 14 und ein Raum 15, in den das rückwärtige Schlagkolbenende 3b mehr oder weniger weit hineinragt. Der letztgenannte Raum ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drucklos gehalten; er kann ggf. jedoch auch mit Druckgas gefüllt sein.
Zur Abdichtung gegen die Umgebung ist das Schlagwerkgehäuse 2 auf der Seite der Schlagkolbenspitze 3a mit zwei Dichtelementen 16 sowie im Bereich zwischen den Räumen 14 und 15 mit zwei Dichtelementen 17 und 18 ausgestattet.
Die Bewegungsfreiheit des Schlagkolbens 3 in Längsrichtung ist durch einen in dem Druckraum 13 liegenden Ringabsatz 3c festgelegt, welcher auf der dem Schlagkolbenende 3b zugewandten Seite in einen schmaleren Zylinderabschnitt 3d übergeht. In Richtung auf die Schlagkolbenspitze 3a weist der Ringabsatz 3c einen Kegelstumpfabschnitt 3e auf, welcher die Bildung eines die Schlagkolbenbewegung abbremsenden Druckpolsters ermöglicht. Der Zylinderabschnitt 3d ist hinsichtlich seines Durchmessers derart ausgelegt, daß er den Bohrungsabschnitt 19 gegen den Druckraum 13 absperren kann, der sich an ersteren in Richtung auf das Schlagkolbenende 3b anschließt.
Der Schlagkolben 3 wird unter Einwirkung der an sich bekannten Steuerung 4 derart druckbeaufschlagt, daß er wechselweise einen Arbeitshub in Schlagrichtung (Pfeil 20) oder einen Rückhub in dazu entgegengesetzter Richtung (Pfeil 21) ausführt. Die in Richtung des Rückhubes wirksame, kleinere Rückhubfläche 3f ergibt sich dabei aus dem Flächenunterschied zwischen dem Zylinderabschnitt 3d und dem Schlagkolbenabschnitt 3h auf der gegenüberliegenden Seite des Ringabsatzes 3c.
Die Steuerung 4 besteht im wesentlichen aus einem Steuerschieber 22 mit einer Durchgangsbohrung 22a, der in einer Zylinderkammer 23 in Längsrichtung hin- und herverschiebbar gehalten ist und über diese mit einer Druckleitung 24 sowie über deren Verlängerung 24a mit dem Druckraum 13 in Verbindung steht; die Druckleitung 24 wird über eine nicht dargestellte Druckölquelle während des Betriebes mit dem für das Schlagwerk 1 vorgesehenen Arbeitsdruck beaufschlagt.
Abhängig von der Stellung des Steuerschiebers 22 innerhalb der Zylinderkammer 23 ist der Umsteuerraum 14 über einen Umsteuerkanal 25, die Zylinderkammer 23 und einen Verbindungskanal 26 an eine drucklos gehaltene Rücklaufleitung 27 bzw. über die Bestandteile 25 und 23 an die Druckleitung 24 anschließbar.
In die Rücklaufleitung 27 mündet weiterhin ein Leckagekanal 28 ein, welcher Lecköl aus dem Bereich zwischen den beiden Dichtelementen 17 und 18 ableitet.
Die Druckbeaufschlagung des Schlagkolbens 3 ist an sich bekannter Weise derart beschaffen, daß dessen Rückhubfläche 3f über die Druckleitung 24, 24a mit dem Schlagwerk-Arbeitsdruck beaufschlagt ist. Im Gegensatz dazu wird die den Arbeitshub auslösende, größere Arbeitshubfläche 3g (welche den Umsteuerraum 14 in Richtung auf die Schlagkolbenspitze 3a begrenzt) nur zeitweilig dann mit Arbeitsdruck beaufschlagt, wenn der Steuerschieber 22 sich (durch Ausführen einer Bewegung nach links) in die andere, nicht dargestellte Endstellung verschiebt. Die Bewegung des Steuerschiebers 22 nach links hat zur Folge, daß durch seinen Abschnitt 22b die Verbindung zwischen den Kanälen 25 und 26 unterbrochen sowie gleichzeitig der Umsteuerkanal 25 an die Druckleitung 24 angeschlossen wird.
Der Steuerschieber 22 ist hinsichtlich der Größe seiner beiden Stirnflächen 22c, 22d und der weiteren Ringfläche 22e derart bemessen, daß er die in Fig. 1 dargestellte Rückhubstellung einnimmt, solange über den Kanal 29 die der Stirnfläche 22c benachbarte Ringfläche 22e ausreichend druckbeaufschlagt ist.
Sobald - abhängig von der Stellung des Schlagkolbens 3 - der Druck im Kanal 29 absinkt, verschiebt sich der Steuerschieber 22 unter der Einwirkung der dann größeren Druckkraft an der Stirnfläche 22d nach links mit der bereits erwähnten Folge, daß durch Beaufschlagen des Umsteuerraums 14 mit dem Arbeitsdruck der Arbeitshub in Richtung des Pfeiles 20 ausgelöst wird. Die Umschaltung des Steuerschiebers 22 wird dabei dadurch herbeigefüht, daß im Laufe der Rückhubbewegung (Pfeil 21) die dem Zylinderabschnitt 3d nachfolgende Ringnut 3i den Kanal 29 über einen Ablaufkanal 30 mit der Rücklaufleitung 27 verbindet; dies zieht den bereits erwähnten Druckabfall an der Ringfläche 22e nach sich.
In dem Druckraum 13 ist ein Anschlagelement in Form einer wesentlichen zylindrischen Verschiebehülse 31 angeordnet, die sich in Längsrichtung des Schlagkolbens beweglich an diesem und in dem Schlagwerkgehäuse 2 abstützt. Auf der dem Ringabsatz 3c zugewandten Seite weist die Verschiebehülse 31 eine Ausnehmung 31a auf, die kürzer ist als die Längserstreckung der Verschiebehülse und deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Ringabsatzes 3c. Die innen liegende Endfläche 31b begrenzt die Bewegungsfreiheit des Ringabsatzes 3c und damit des Schlagkolbens 3 in Richtung des Arbeitshubes (Pfeil 20). Falls der Schlagkolben einen Leerschlag ausführt, bildet sich in der Ausnehmung 31a zwischen den Teilen 31 und 3e, 3c ein Ölpolster, welches die Bewegung des Schlagkolbens abbremst.
Die dem Ringabsatz 3c zugewandte Stirnfläche 31c und die Endfläche 31b bilden eine Schlagbetrieb-Steuerfläche, über welche die Verschiebehülse 31 während des Betriebes des Schlagwerks 1 in der in Fig. 1 dargestellten, in Richtung auf die Schlagkolbenspitze 3a verschobenen Schlagbetriebstellung gehalten wird; die Druckbeaufschlagung der Schlagbetrieb-Steuerfläche (31b, 31 c) erfolgt über den an die Druckleitung 24, 24a angeschlossenen Druckraum 13. Etwa in Höhe der Endfläche 31b ist die Verschiebehülse 31 auf ihrer Außenseite mit einer Drehbetrieb-Steuerfläche 31d ausgestattet; diese kann über eine Ringnut 32a druckbeaufschlagt werden, in die eine Steuerleitung 32 einmündet. Die Steuerleitung steht ihrerseits über ein Umschaltventil 33 jeweils mit der Leitung 34 oder 35 in Verbindung, welche mit dem Arbeitsdruck für den Betrieb des Drehwerks 5, d. h. des Hydraulikmotors 7 beaufschlagt ist. Letzterer kann also, ohne daß die Funktion der Steuerleitung 32 beeinflußt wird, in beiden Drehrichtungen arbeiten. Die der Schlagkolbenspitze 3a zugewandte Stirnfläche 31e der Verschiebehülse 31 steht über eine Ringnut 36a mit einem Leckagekanal 36 in Verbindung, welcher in die drucklos gehaltene Rücklaufleitung 27 einmündet.
Erfindungsgemäß sind die Steuerflächen (31b, 31c) und 31d - unter Berücksichtigung des in Frage kommenden Arbeitsdrucks - derart bemessen, daß die von der Schlagbetrieb-Steuerfläche (31b, 31c) ausgehende Kraft in Richtung des Arbeitshubes (Pfeil 20) größer ist als die unter Einwirkung des Steuerdrucks von der Drehbetrieb-Steuerfläche 31d ausgehende Abhebekraft in Richtung des Pfeiles 21. Die Verschiebehülse kann dementsprechend die in Fig. 1 dargestellte Schlagbetriebstellung erst verlassen, nachdem der Druckraum 13 durch Abschalten des Schlagwerks 1 drucklos geworden ist.
Nach Abschalten des Schlagwerks 1 und Zuschalten des Drehwerks 5 bewegt sich die Verschiebehülse 31 unter Einwirkung des Steuerdrucks in der Steuerleitung 32 in Richtung des Pfeiles 21 nach rechts, erfaßt dabei schließlich den Ringabsatz 3c nebst Bestandteil 3e über die Endfläche 31b und führt dadurch den Schlagkolben 3 solange mit, bis die Stirnfläche 31c an der Stirnwand 13a des Druckraums 13 zur Anlage kommt (Fig. 2). Der mit dieser Bewegung verbundene Abhebevorgang führt dazu, daß sich die Schlagkolbenspitze 3a und die Aufschlagfläche 12c des Werkzeug-Einsteckendes 12 in einem Abstand a gegenüberliegen: In der Drehbetriebstellung der Verschiebehülse 33 kann daher das Werkzeug-Einsteckende 12 mittels des Drehwerks 5 ohne Beeinflussung des Schlagkolbens in beiden Drehrichtungen angetrieben werden. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht dabei darin, daß - bedingt durch die Beaufschlagung der Drehbetrieb-Steuerfläche 31d mit dem Arbeitsdruck für das Drehwerk 5 - der geschilderte Abhebevorgang ohne Eingriff von außen selbsttätig ausgelöst wird, sobald das Schlagwerk 1 abgeschaltet wird.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Schlagwerk 1 unter Zwischenschaltung eines Zweistellungsventils 37 mit einer Druckölquelle in Form einer Pumpeneinheit 38 in Verbindung steht; das Drehwerk 5 kann durch Betätigung eines Dreistellungsventils 39 - welches auch eine Änderung der Drehrichtung ermöglicht - über eine Pumpeneinheit 40 mit Drucköl versorgt werden. Abhängig von der Stellung des Dreistellungsventils 39 wird entweder die Leitung 34 oder die Leitung 35 mit dem Arbeitsdruck für den Betrieb des Drehwerks 5 beaufschlagt; das Umschaltventil 33 dient dabei dazu, die Steuerleitung 32 unabhängig von der Drehrichtung jeweils an die mit dem Arbeitsdruck beaufschlagte Leitung 34 oder 35 anzuschließen.
Nach dem Abschalten des Schlagwerks 1 durch Bewegen des Zweistellungsventils 37 in die in Fig. 3 angedeutete Ruhestellung tritt an der Schlagbetrieb-Steuerfläche (31b, c) der Verschiebehülse 31 der bereits erwähnte Druckabfall ein. Falls also nunmehr das Dreistellungsventil 39 in eine seiner beiden Betriebsstellungen bewegt wird, ist die Drehbetrieb-Steuerfläche 31d über die Steuerleitung 32 dem Drehwerk-Arbeitsdruck ausgesetzt mit der Folge, daß die Verschiebehülse (in der Darstellung) eine Bewegung nach rechts ausführt, im Laufe dieser Bewegung über den Ringabsatz 3c nebst Bestandteil 3e (vgl. dazu Fig. 1) den Schlagkolben 3 erfaßt und schließlich von der Aufschlagfläche 12c des Werkzeug-Einsteckendes 12 abhebt.
Mit dem Abschalten des Schlagwerks 1 und dem Einschalten des Drehwerks 5 wird also selbsttätig der zuvor beschriebene Abhebevorgang ausgelöst: Das Drehwerk treibt nunmehr ausschließlich das Werkzeug-Einsteckende 12 und das ggf. daran befestigte Bohrwerkzeug an.