Bohrhammer

Abstract

 Der Bohrhammer (9) hat einen reversierbaren Drehmotor (10) und ein Schlagwerk (11) mit einem Schlagwerkventil (17). Drehwerk und Schlagwerk (11) sind über separate Ventile (39, 46) in einem Steuerstand (34) einschaltbar. Die Schlagfrequenz des Schlagwerks (11) ist mit der Drehzahl des Drehmotors (10) derart verknüpft, dass das Schlagwerk (11) automatisch stoppt, wenn der Drehmotor (10) stillsteht. Die Verknüpfung erfolgt über druckmedienbetriebene Mittel ohne mechanische Kupplung zwischen Drehmotor (10) und Schlagwerkventil (17). Beim Demontieren des Bohrgestänges kann bei festsitzendem Gewinde das Schlagwerk (11) manuell eingeschaltet werden, um das Gewinde loszurütteln. Durch die beschriebene Ausbildung wird ein einfacher, raumsparender und kostengünstiger Aufbau erreicht.

Beschreibung

[0001] Ein Bohrhammer gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-A-5 415 240 bekannt. Das Drehwerk dieses Hammers wird durch einen Drehmotor angetrieben. Das Schlagwerk wird von einem Drehventil gesteuert, das über eine Getriebeverbindung vom Drehmotor angetrieben ist. Dies hat den Vorteil, dass die Schlagfrequenz proportional zur Drehzahl des Drehmotors ist und dass das Schlagwerk automatisch stoppt, wenn der Bohrstahl steckenbleibt. Dadurch kann erheblich Zeit und Bohrausrüstung eingespart werden. Dieser Bohrhammer hat sich deshalb sehr bewährt. Er hat allerdings eine etwas aufwendige Bauweise.

[0002] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrhammer der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass er einfacher aufgebaut ist unter Beibehaltung der Vorteile des oben erwähnten Bohrhammers. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0003] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 ein Hydraulikschema einer ersten Ausführungsform, und Figuren 2 und 3 zwei weitere Ausführungsformen.

[0004] Figur 1 zeigt ein Hydraulikschema für einen Bohrhammer 9. Der Bohrhammer 9 hat ein nicht dargestelltes Gehäuse, in welchem ein Adapter hin- und herbeweglich und rotierbar gelagert ist. An ihrem vorderen Ende hat der Adapter z.B. ein Aussengewinde zum An-schliessen des Bohrstahls. Der Adapter ist über eine Getriebeverbindung mit einem Drehmotor 10 verbunden. Soweit entspricht der Hammer der Darstellung nach Figur 1 der US-PS-5 415 240, die zum integrierenden Bestandteil dieser Anmeldung erklärt wird.

[0005] Koaxial zum Adapter ist ein Schlagwerk 11 mit einem in einem Zylinder 12 geführten Kolben 13 und einer Kolbenstange 14 angeordnet. Im Betrieb schlägt die Stirnfläche der Stange 14 gegen das hintere Ende des Adapters. Die stangenseitige Kolbenfläche 15 ist konstant mit dem Speisedruck beaufschlagt. Die gegenüberliegende Fläche 16 wird über ein Schlagwerkventil 17 abwechselnd mit Speisedruck aus der Speiseleitung 18 und mit dem Rücklaufdruck in der Rücklaufleitung 19 verbunden. Über Pilotleitungen 20, 21, die in den Zylinderraum benachbart jeweils einer Endstellung des Kolbens 13 münden, wird der Ventilschieber des Ventils 17 abwechselnd in die beiden Schaltstellungen getrieben. An die Speiseleitung 18 und die Rückleitung 19 ist je ein Druckspeicher 22, 23 angeschlossen. Diese ermöglichen eine hohe Kapazität des Schlagwerks 11.

[0006] Der Hammer 9 ist über vier Druckleitungen 30 bis 33 mit einem Steuerstand 34 verbunden. Der Steuerstand 34 hat separate Anschlüsse 35, 36 für den einstellbaren Speisedruck zum Drehmotor 10 und zum Schlagwerk 11. Der Rücklauf von Drehwerk und Schlagwerk kann entweder einen gemeinsamen oder zwei separate Anschlüsse 37, 38 haben.

[0007] Der Drehmotor 10 wird über ein Dreistellungs-Vierwegeventil 39 gesteuert, so dass der Motor 10 in beiden Drehrichtungen drehen kann. Die eine Drehrichtung dient zum Bohren, die andere zum Losschrauben des Bohrgestänges. In den meisten Ländern wird linksdrehend gebohrt, so dass beim Bohren die Leitung 30 mit Druck beaufschlagt ist. In die Leitungen 30, 31 ist je eine einstellbare Drossel 40 eingebaut sowie ein dazu parallel geschaltetes Rückschlagventil 41, das in Rücklaufrichtung öffnet. Mit den Drosseln 40 lässt sich die Durchflussmenge für die beiden Drehrichtungen separat einstellen. Im Rücklauf vom Ventil 39 zum Anschluss 37 ist eine weitere, einstellbare Drossel 42 eingesetzt.

[0008] Der Speisedruck zum Schlagwerk 11 wird über ein manuell bedientes Zweistellungs-Ventil 46 gesteuert. In Serie zu diesem Ventil 46 ist ein pilotgestellgesteuertes Zweiweg-Ventil 47 sowie parallel dazu ein handgesteuertes Zweiweg-Ventil 48 geschaltet. Das Ventil 47 kann entweder ein Schaltventil (Auf-Zu-Ventil) oder, wie dargestellt, ein Propotionalventil sein. Der Pilotdruck zum Ventil 47 ist der Rücklaufdruck des Drehwerks zwischen dem Ventil 39 und der Drossel 42.

[0009] Im Betrieb arbeitet der beschriebene Bohrhammer 9 wie folgt: Im Normalbetrieb ist der Schieber des Ventils 39 in der unteren Stellung, so dass der Speisedruck an der Drossel 40 in der Leitung 30 ansteht und die Leitung 31 an den Rücklauf 37 angeschlossen ist. Das Ventil 46 ist eingeschaltet. Bei laufendem Motor 10 ergibt sich ein Staudruck vor der Drossel 42, so dass auch das Ventil 47 eingeschaltet ist und das Schlagwerk 11 läuft. Falls nun das Bohrgestänge im Gestein festsitzen sollte, stoppt der Motor 10. Damit fällt sofort auch der Pilotdruck zum Ventil 47 ab, so dass dieses ausschaltet und das Schlagwerk 11 stoppt. Um das Bohrgestänge zu lösen, wird der Bohrhammer auf seiner Lafette zurückgezogen. Das Ventil 39 wird ausgeschaltet. Falls erforderlich kann das Schlagwerk durch Zuschalten des Ventils 48 trotz stehendem Motor 10 eingeschaltet werden, damit der Hammer vibriert. Wenn das oft aus mehreren Stangen muffenverschraubte Bohrgestänge demontiert werden soll, wird zunächst die hinterste Bohrstange aus dem Bohrloch ausgefahren und das Bohrgestänge an der Muffe zur zweithintersten Bohrstange mit einer Klemmvorrichtung geklemmt. Nun wird das Ventil 39 in seine obere Stellung geschaltet, so dass ein Drehmoment am Adapter im lösenden Sinne ansteht. Sollte die Gewindeverbindung festsitzen, kann wiederum durch Einschalten der Ventile 46, 48 das Schlagwerk 11 eingeschaltet und die Gewindeverbindung losvibriert werden.

[0010] Der beschriebene Hammer ist sehr vielseitig in der Anwendung, weil das Schlagwerk und das Bohrwerk unabhängig voneinander betrieben werden können und trotzdem beim Bohren das Schlagwerk sofort stoppt, wenn das Drehwerk nicht dreht. Damit wird die aufwendige und manchmal unmögliche Demontage eines festgehämmerten, verklemmten Bohrgestänges vermieden. Die Drossel 42 kann so eingestellt werden, dass das Ventil 47 schon abschaltet, bevor der Motor 10 völlig zum Stillstand gekommen ist. Dies ist von Vorteil, weil dadurch ein Festsitzen des Bohrgestänges noch sicherer vermieden wird. Wenn das Ventil 47 als Proportionalventil ausgebildet ist, kann ausserdem erreicht werden, dass die Schlagfrequenz mit wachsender Drehzahl des Motors 10 steigt. Das Verhältnis zwischen Drehzahl und Schlagfrequenz kann mit der Drossel 42 eingestellt werden, was für mehrere Gesteinsarten ein Vorteil ist. Der erfindungsgemässe Bohrhammer ist wesentlich einfacher aufgebaut als der eingangs genannte. Deshalb sind seine Aussenabmessungen geringer, was bei den engen Platzverhältnissen in Vortriebsstollen resp. auf Aufbauten von Fräsmaschinen ein Vorteil ist. Das Schlagwerkventil 17 kann zum Beispiel seitlich angebaut werden, so dass der Bohrhammer 9 näher an der Lafette montiert werden kann. Dadurch werden die beim Bohrvorschub auftretenden Momente kleiner. Die beschriebene Schaltung eignet sich ausser für hydraulische auch für pneumatische Antriebe.

[0011] Die Betätigung der Ventile, insbesondere jener ausserhalb des Bohrhammers 9, kann alternativ zur dargestellten Art hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder von Hand erfolgen.

[0012] Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich eine detaillierte Beschreibung dieser Teile erübrigt.

[0013] Bei der Ausführungform nach Figur 2 sind an die beim Bohren als Rückleitung dienenden Leitungen 31 zwei einstellbare Drosseln 52, 53 angeschlossen. Die Drossel 52 ist mit dem Anschluss A7 des Ventils 39 verbunden, der beim Bohren mit dem Rücklaufanschluss 37 verbunden ist. Die andere Drossel 53 ist über ein einstellbares Überdruckventil 54 mit dem einen Anschluss 56 eines volumetrischen Taktermotors 55 verbunden, dessen anderer Anschluss ebenfalls an den Anschluss A7 angeschlossen ist. Der Taktermotor 55 treibt ein Dreiwege-Takterventil 57, das an die Anschlüsse 36, 38 für das Schlagwerk 11 angeschlossen ist. Der Ausgang des Ventils 57 ist mit der Pilotleitung 21 verbunden.

[0014] Beim Bohren wird der Rücklaufstrom in der Leitung 31 durch die Drosseln 52, 53 in zwei Teilströme aufgeteilt, von welchen der eine den Motor 55 treibt. Dadurch schaltet das Ventil 17 mit einer Frequenz proportional zur Drehzahl des Motors 10 hin und her, wobei das Verhältnis der Drehzahl zur Schlagfrequenz mit den Drosseln 52, 53 einstellbar ist. Sinkt die Drehzahl stark ab, so sinkt auch der Druck stromaufwärts der Drosseln 52, 53 und deshalb auch stromabwärts der Drossel 53. Bei einer am Ventil 54 einstellbaren Minimaldrehzahl schliesst dieses, so dass der Motor 55 stoppt und das Schlagwerk stillsteht, bevor der Motor 10 ganz gestoppt ist. Dadurch wird das Festklemmen der Bohrkrone oder des Bohrgestänges in den meisten Fällen vermieden.

[0015] Um bei der Rechtsrotation, das heisst beim Lösen des Gewindes des Bohrgestänges, also wenn am Anschluss A7 des Ventils 39 der Speisedruck ansteht, das Schlagwerk betätigen zu können, ist der Anschluss 56 des Motors 55 zusätzlich über eine Blende 58, ein manuelles Schaltventil 59 sowie ein Rückschlagventil 60 mit der Leitung 30 verbunden. Wenn also am Drehmotor 10 ein Drehmoment im lösenden Sinne ansteht, ohne dass er dreht, das heisst bei festsitzendem Gewinde, kann das Gewinde durch manuelles Einschalten des Schlagwerks 11 losgerüttelt werden. Falls mit dem Bohrhammer 9 im rechtsdrehenden Sinn gebohrt werden soll, was zum Beispiel in Australien der Fall ist, werden die beiden Anschlüsse an den Drehmotor 10 vertauscht.

[0016] Die Ausführungsform nach Figur 3 ist ähnlich aufgebaut wie jene nach Figur 2. Im Unterschied zu dieser sind die Elemente 52 bis 56 und 58 bis 60 im Bohrhammer 9 eingebaut. Das Ventil 59 ist nicht handgesteuert, sondern über eine Pilotleitung 63 von einem handgesteuerten Ventil 64 pilotgesteuert. Der Taktermotor 55 treibt direkt das Schlagwerkventil 17, ist also in diesem Fall ein Schlagwerk-Ventilmotor. Die Wirkungsweise ist analog zu jener der Ausführungsform nach Figur 2.

Ansprüche

1. Bohrhammer mit einem Drehmotor (10) und einem Schlagwerk (11) mit einem Schlagwerkventil (17), wobei der Drehmotor (10) über ein erstes Ventil (39) und das Schlagwerkventil (17) über ein zweites Ventil (46) in einem Steuerstand (34) mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind, wobei die Schlagfrequenz des Schlagwerks (11) mit der Drehzahl des Drehmotors (10) derart verknüpft ist, dass bei stillstehendem Drehmotor das Schlagwerk stoppt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung mit druckmedienbetriebenen Mitteln ohne mechanische Kupplung zwischen Drehmotor (10) und Schlagwerkventil (17) erfolgt.

2. Hammer nach Anspruch 1, wobei in der Rücklaufleitung vom ersten Ventil (39) eine vorzugsweise einstellbare Drossel (42) eingebaut ist, und wobei der Druck stromaufwärts dieser Drossel (42) als Steuerdruck auf ein pilotgesteuertes drittes Ventil (47) aufgeschaltet ist, welches in einer der beiden Leitungen (32, 33) zum Schlagwerkventil (17) angeordnet ist, um diese Leitung (32, 33) zu sperren, wenn der Druck stromaufwärts der Drossel (42) einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet.

3. Hammer nach Anspruch 2, wobei das dritte Ventil (47) ein Proportionalventil ist.

4. Hammer nach Anspruch 2 oder 3, wobei in beiden Leitungen (30, 31) zum Drehmotor (10) je eine vorzugsweise einstellbare weitere Drossel (40) mit einem parallel geschalteten Rückschaltventil (41) angeordnet ist, welches in Rücklaufrichtung öffnet.

5. Hammer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei parallel zum dritten Ventil (47) ein manuell direkt oder fernbetätigtes viertes Ventil (48) geschaltet ist.

6. Hammer nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teilstrom in einer der Leitungen (31) zum Drehmotor (10) über einen Taktermotor (55) geführt ist, welcher ein Takterventil (57) betätigt, das seinerseits das Schlagwerkventil (17) steuert.

7. Hammer nach Anspruch 6, wobei in einer der Leitungen zum Taktermotor (55) ein vorzugsweise einstellbares Überdruckventil (54) angeordnet ist.

8. Hammer nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Taktermotor (55) bei einem Drehmoment des Drehmotors (10) entgegen der Bohr-Drehrichtung zusätzlich mittels eines manuell direkt oder fernbetätigten dritten Ventils (59) über eine einstellbare Drossel (58) beaufschlagbar ist.

9. Hammer nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teilstrom der einen Leitung (31) zum Drehmotor (10) über einen Schlagwerkventilmotor (55) geführt ist, welcher das Schlagwerkventil (17) antreibt, und wobei bei einem Drehmoment des Drehmotors (10) entgegen der Bohr-Drehrichtung der Schlagwerkventilmotor (55) über ein drittes Ventil (59) und eine vorzugsweise einstellbare Drossel (58) betätigbar ist.

10. Hammer nach Anspruch 9, wobei in der einen Leitung zum Schlagwerkventilmotor (55) ein vorzugsweise einstellbares Überdruckventil (54) angeordnet ist, so dass der Schlagwerkventilmotor stoppt, bevor der Drehmotor (10) stillsteht.

Zeichnung