PERCUSSION DRILL CONTROLS

Abstract: 1. A device for percussion drilling in rock or the like having a rotary mechanism (7) which is drivable with a pressure medium, in particular a pressure fluid, a percussion mechanism (14), and a forward-feed motor (20), which are connected to one or more pressure sources (4, 5, 6) via pressure medium lines (1, 2, 3) having adjusting means (8, 15, 21), e.g. valves or the like, a control line (18) being provided from the pressure medium feed line (1) of the rotary mechanism (7) to an adjusting means (15) in the pressure medium feed line (2) of the percussion mechanism (4), characterised in that the pressure medium feed lines (1, 2, 3) are connected to the rotary mechanism (7), the percussion mechanism (14), and the forward-feed motor (20) separately or in parallel, and control lines (12, 18, 29) are provided from the pressure medium feed line (13) of the rotary mechanism (7) to the adjusting means (8, 15, 21) in the pressure medium feed lines to the percussion mechanism (14), the forward-feed motor (20), and optionally the rotary mechanism (7) which adjusting means are controllable by excess pressure in the pressure medium feed line (13) to the rotary mechanism (7), and in that at least one control line (29) having an adjusting means (28) is connected to a further control line (23, 24) with compressed air, and the further control line (23, 24) is connected to the adjusting means (21) of the pressure medium feed line of the forward-feed motor (20).

Description: Vorrichtung zum schlagenden Bohren Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum schlagenden Bohren, wobei die Druckmediumszufuhr zu den einzelnen Motoren in Abhängigkeit von der zu erbringenden Leistung gesteuert ist. Bei Bohrmaschinen, insbesondere hydraulischen Gesteinsbohrmaschinen, sind drei verschiedene Motoren vorgesehen. Einerseits muss der Bohrstahl über einen Drehmotor gedreht werden, andererseits ist für die Ausübung von einzelnen Schlägen auf den Bohrstahl ein weiterer Motor erforderlich. Für den Vorschub des Bohrstahls in das Gestein ist bei maschingehaltenen Bohrmaschinen ein eigener Vorschubmotor auch noch vorzusehen. Um entsprechende Bohrleistung zu erbringen, muss eine enge Abstimmung der Leistung des Drehwerkes, des Schlagwerkes und des Vorschubmotors erfolgen. Diese Koordination ist jedoch in Anbetracht der Verschiedenartigkeit des zu bohrenden Materials ausserordentlich schwierig. Ist der Vorschub des Bohraggregates zu gross, so kann es z.B. zu einem sogenannten Festbohren kommen, wobei entweder der Bohrstahl oder die denselben betätigenden Motoren zu Schaden kommen können. Aus den oben angeführten Gründen wurde bereits vorgeschlagen, den Vorschubmotor und den Rotationsmotor bei einer hydraulischen Bohrmaschine,bezogen auf den hydraulischen Kreis, in Reihe zu schalten. Damit wird zwar bewirkt, dass bei einem sich nur langsam drehenden Bohrer, wie es bei grosser Belastung der Fall ist, der Vorschub nur gering ist, jedoch bleibt die Steuerung der Schlagvorrichtung hiebei unberührt. Es werden somit unabhängig von dem Widerstand den das Gestein entgegensetzt, Schläge mit gleichbleibender Energie abgegeben, wodurch es zur Beschädigung des Schlagwerks kommen kann, und gleich zeitig nur ein unerwünscht niedriger Bohrfortschritt er reichbar ist. Aus der US-PS 3 979 944 wird eine hydraulische Bohrmaschine zum schlagenden Bohren bekannt, die ein Drehwerk, ein Schlag werk und einen Vorschubmotor aufweist. Das Drehwerk, das Schlagwerk und der Vorschubmotor sind miteinander hydrau lisch verbunden, wobei drei voneinander unabhängig ar beitende hydraulische Pumpen vorgesehen sind. Der hydrau lische Schaltkreis des Vorschubmotors weist ein Ein- und Ausschaltventil auf. Der hydraulische Schaltkreis für das Drehwerk ist über ein Ventil mit dem hydraulischen Schal.tkreis für das Schlagwerk verbunden. Die Aufgabe dieses Ventiles ist, wenn der Druck im Drehwerkskreis zu gering ist, zu öffnen,um einen Druckangleich zwischen dem hydrau lischen Kreis für das Schlagwerk und jenem für das Drehwerk durch zuführen. Weiters ist eine direkte Verbindung des hydraulischen Kreislaufes von Vorschubmotor mit jenem des Schlagwerkes über ein Ventil vorgesehen, wobei mit sinkendem Druck im Schlagwerk ebenfalls der Druck im Vorschubkreislauf gesenkt werden soll. Von der Druckmediumsleitung vom Drehwerk zweigt eine Steuer leitung ab, über die ein Ventil im Schlagwerkskreislauf be tÅatigt wird, wodurch eine Druckabsenkung im Schlagwerks kreis erreicht werden kann. Vom Schlagwerkskreislauf zweigt wieder eine Steuerleitung zu einem Ventil ab, welches eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Vorschubmotors bewirkt. Eine derartige Steuerung ist jedoch aufgrund der grossen Trägheit derselben nicht für den schwierigen Einsatz ge eignet. Die Trägheit wird dadurch bedingt, dass durch den Druckanstieg beim Drehwerkskreislauf eine Absenkung des Drucks im Schlagwerkskreislauf bewirkt wird, wo dann durch den abgesenkten Druck im Schlagwerkskreislauf eine Umkehr der Drehrichtung des Vorschubmotors erfolgt. Eine erneute Umkehr der Bewegungsrichtung des Vorschubmotors erfolgt erst dann wieder, wenn ein entsprechender Druckanstieg im Schlagwerkskreis eingetreten ist. Damit führt die Bohrmaschine bei der Vorwärtsbewegung Leerschläge oder nicht volle Schläge gegen das Gestein aus, sodass es zu entsprechenden Langzeitschäden an der Maschine kommen muss. Weiters besteht die Gefahr, dass bei einem besonders geringen Widerstand im Gestein, sei es durch Hohlräume, Einschlüsse von besonders weichem Gestein, ein Druckabfall im Schlagwerk eintreten kann, wodurch erneut ein Rückziehen des Bohraggregates bedingt ist, das bohrtechnisch jedoch nicht begründet ist. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum schlagenden Bohren zu schaffen, die es erlaubt, bei unterschiedlichster Beschaffenheit des Gesteins und grossem Bohrfortschritt, ein sogenanntes Festbohren des Bohrstahles im Gestein zu vermeiden, wobei gleichzeitig unnötige Verzögerungen während des Umschaltens und auch Leerschläge des Gerätes vermieden werden sollen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum schlagenden Bohren, in Gestein od. dgl., mit einem Druckmedium, insbesondere Druckflüssigkeit ,betreibbaren Drehwerk, Schlagwerk und Vorschubmotor, die über Druckmediumsleitungen,welche Stellorgane, z.B. Ventile od. dgl. aufweisen, mit einer oder mehreren Druckquellen verbunden sind, wobei von der Druckmediumsleitung, insbesondere Druckmediumszuleitung,des Drehwerks eine, gegebenenfalls das Arbeitsmedium aufweisende, Steuerleitung zu einem Stellorgan in der Druckmediumsleitung des Schlagwerkes vorgesehen ist, besteht im wesent lichen darin, dass die Druckmediumszuleitungen zu Drehwerk, Schlagwerk und Vorschubmotor voneinander getrennt, bzw. parallel geschaltet sind, und Steuerleitung(en) von der Druckmediumsleitung des Drehwerks, insbesondere unmittelbar vor demselben, zu den,insbesondere durch Uberdruck in den Druckmediumszufuhrleitungen zum Drehwerk steuerbaren, Stellorganen in den Druckmediumsleitungen zu Schlagwerk, Vorschubmotor und gegebenenfalls Drehwerk vorgesehen sind. Mit einer derartigen Vorrichtung ist gewährleistet, dass bei einem Ansteigen des Druckes z.B. über einen Schwellenwert im Drehwerk - wie er bei grösserem Widerstand im Gestein auftritt - die Druckmediumszufuhr zum Schlagwerk entweder gedrosselt oder unterbunden werden kann, und gleichzeitig auch direkt durch die Druck änderung im Kreislauf des Drehwerkes die Steuerung des Vorschubmotors durch Umkehr der Drehrichtung erreicht werden kann. Mit einer derartigen Vorrichtung ist somit sichergestellt, dass bei erhöhtem Druck in der Zuleitung des Drehwerks die Schlagenergie vermindert bzw. auf Null reduziert werden kann, wobei der Bohrer aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Damit sinkt der Druck vor dem Drehwerk wieder ab, sodass gleichzeitig oder über entsprechende Drosseln verzögert eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Vorschubmotors wieder erfolgt und die Schlagenergie im Schlagwerk wieder erhöht werden kann. Ist die Druckmediumsleitung des Drehwerkes mit zumindest einer Steuerleitung zu einem Stellorgan von Schlagwerk oder Vorschubmotor, gegebenenfalls drehwerkmediumsleitend und druckmediumsdicht verbunden, so kann das Druckmedium direkt als Steuermedium verwendet werden, wodurch Trägheiten durch Zwischenschalter über Mittler od. dgl. vermieden sind. Ist zumindest eine Steuerleitung mit einem Stellorgan in einer weiteren Steuerleitung mit einem eigenen Steuermedium, insbesondere Pressluft verbunden, wobei die weitere Steuerleitung mit einem Stellorgan der Druckmediumsleitung, insbesondere Druckmediumszuleitung verbunden ist, so können die Stellorgane besonders einfach und wirksam bedient werden, wobei der apparative Aufwand besonders gering zu halten ist. Ist in der Druckmediumsleitung des Drehwerkes ein druckbetätigbarer elektrischer Schalter vorgesehen, der bei Uber- und/oder Unterschreiten eines oder mehrerer Drücke einen elektrischen Schaltkreis öffnet bzw. schliesst und zumindest ein elektrisch betätigbares Stellorgan in einer Druckmediumleitung steuert, so kann eine besonders hohe Vielfalt an Steuerungen durchgeführt werden, wobei durch elektrische Schaltungen einfach Verzögerungen und besonders schnelle Reaktionen, die den Maschinengrössen besonders vorteilhaft Rechnung tragen können, vorsehbar sind. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung, einer schematischen Darstellung eines Schaltkreises einer schlagenden, hydraulischen Bohrmaschine näher erläutert. Es sind drei hydraulische Druckmediumskreisläufe 1, 2 und 3 vorgesehen, die eigene Pumpen 4, 5 und 6 aufweisen. Der Druckmediumskreislauf 1 dient zur Betätigung des Drehmotors 7. Im Druckmediumskreislauf ist ein Stellorgan 8 vorgesehen, welches einerseits den Druckmediumskreislauf von der Pumpe 4 kurzschliessen kann (gezeigte Darstellung) bzw. zwei verschiedene Geschwindigkeiten des Drehwerks erlaubt. Das Stellorgan 8, z.B. ein Ventilschieber kann über ein Solenoid 9 betätigt werden, welches über einen druck empfindlichen Schalter 10 und Stromquelle 11 betätigt werden kann. Der druckempfindliche Schalter 10 weist eine Steuerleitung 12 auf, die in die Druckmediumszuleitung 13 zu Drehwerk 7 unmittelbar vor demselben mündet. Mit einer derartigen Schaltung kann bei Uberschreiten eines bestimmten Druckes in der Zuleitung zum Drehwerk das Stellorgan 8 betätigt werden, wodurch es zur Änderung der Drehgeschwindigkeit oder zur Unterbrechung der Zufuhr des Druckmediums zum Drehwerk kommt. Sinkt sodann der Druck,z.B. weil der Bohrstahl aus dem Bohrloch teilweise herausgefahren wurde, so kann erneut die Zufuhr des Druckmediums oder die Anderung der Drehgeschwindigkeit des Drehwerkes 7 erfolgen. Der Druckmediumskreislauf 2 weist einen Schlagmotor 14 auf, in diesem ist ein Stellorgan 15 vorgesehen, das über eine Feder 16 in seiner Lage gehalten wird. Das Stellorgan weist weiters ein Kolbenzylinderaggregat 17 auf, dessen Druckraum über eine Steuerleitung 18 mit der Druckmediumszuleitung 13 zum Drehwerk 7 verbunden ist. Steigt der Druck in der Druckmediumszuleitung zum Drehwerk 7 an, so wird z.B. bei Uberschreitung eines bestimmten Schwellenwertes, das Stellorgan 15 über das Zylinderkolbenaggregat 17, in dem das Arbeitsmedium des hydraulischen Kreises für das Drehwerk 7 fliesst, betätigt, wodurch das Stellorgan 15 von der in der Zeichnung dargestellten Offenstellung in eine Zustellung verbracht wird. Sinkt der Druck im Drehwerk, so wird durch die Feder 16 das Stellorgan wieder in Offenstellung zurückgeschoben. Es kann im Druckmediumskreislauf 2 auch ein eigenes Stellorgan 19 vorgesehen werden, das z.B. zur Druckentlastung im Druckmediumskreislauf dient. Im Druckmediumskreislauf 3 ist der Vorschubmotor 20 vorgesehen, dessen Drehrichtung über das Stellorgan 21 um gekehrt werden kann, bzw. es kann der hydraulische Kreislauf zur Pumpe 6 kurzgeschlossen werden, wodurch kein Druckmedium zum Vorschubmotor 20 gelangt. Das Stellorgan 21 weist ein Kolbenzylinderaggregat 22 auf, das über zwei Druckräume verfügt. In diese Druckräume münden Steuerleitungen 23, 24, die ein eigenes Steuermedium, u.zw. Pressluft enthalten. Diese Steuerleitungen führen zu einem Stellorgan 25, das mit einer Pressluftquelle 26 verbunden ist. Das Stellorgan 25 weist seinerseits eine Feder 27 und ein Kolbenzylinderaggregat 28 auf, welches über eine Steuerleitung 29 mit der Druckmediumzufuhrleitung zum Drehmotor 7 verbunden ist. Wird ein bestimmter Druck in der Druckmediumszufuhrleitung überschritten, so wird das Stellorgan 25 betätigt, sodass die Flussrichtung der Pressluft in den Leitungen 23, 24 umgekehrt wird, welches eine Betätigung des Stellorganes 21 bewirkt, sodass die Drehrichtung des Vorschubmotors umgekehrt wird. Kommt es zur Druckentlastung, so wird das Stellorgan 25 durch die Feder 27 betätigt, sodass die ursprüngliche Vorschubrichtung wieder hergestellt werden kann. Beim schlagenden Bohren im Gestein tritt nun bei einem erhöhten Widerstand folgende Vorgangsweise ein. Durch den Druckanstieg in der Druckmediumszuleitung 13 wird die Betätigung des Schlagwerkes entweder unterbunden oder mit geringerer Energie fortgesetzt, wobei gleichzeitig der Vorschubmotor 20 seine Drehrichtung ändert, sodass der Bohrstahl teilweise aus dem Bohrloch gefahren wird. Damit verringert sich der Druck in der Zuleitung zum Drehwerk 7, sodass die Drehrichtung des Vorschubmotors 20 geändert wird, wodurch der Vorschubmotor erneut in Bohrrichtung dreht. Die Schlagenergie des Schlagwerkes 14 wird sodann auf den erwünschten Wert wieder angehoben. Tritt nun erneut der hohe Widerstand auf, so wiederholt sich der gesamte Vor gang, d.h., die Vorrichtung führt bei einem erhöhten Widerstand im Gestein, eine hin- und hergehende Bewegung aus, wodurch einerseits eine Beschädigung der gesamten Vorrichtung samt Bohrer vermieden wird, und anderseits ein besonders hoher Bohrfortschritt erreichbar ist.

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum schlagenden Bohren in Gestein, od. dgl. mit einem Druckmedium, insbesondere Druckflüssigkeit be treibbaren Drehwerk (7), Schlagwerk (14) und Vorschub motor (20), die über Druckmediumsleitungen (1, 2, 3), welche Stellorgane (8, 15, 21), z.B. Ventile od. dgl. aufweisen, mit einer oder mehreren Druckquellen verbun den sind, wobei von der Druckmediumsleitung, insbeson dere Druckmediumszuleitung (1) des Drehwerkes (7) eine, gegebenenfalls das Arbeitsmedium aufweisende Steuerlei tung (18) zu einem Stellorgan (15) in der Druckmediums leitung (2) des Schlagwerkes (14) vorgesehen ist, da durch gekennzeichnet, dass die Druckmediumszuleitung(en) zu Drehwerk (7), Schlagwerk (14) und Vorschubmotor (20) voneinander getrennt bzw. parallel geschaltet sind und Steuerleitung(en) (12, 18, 29) von der Druckmediumszu fuhrleitung (13) des Drehwerkes (7) insbesondere unmit telbar vor demselben zu den, durch Uberdruck in der Druckmediumszufuhrleitung zum Drehwerk steuerbaren Stell organen (8, 15, 21) in den Druckmediumsleitungen, ins besondere Druckmediumszuleitung zu Schlagwerk (14), Vor schubmotor (20) und gegebenenfalls Drehwerk (7) vorge sehen sind. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmediumszuleitung (13) des Drehwerkes (7) und zumindest eine Steuerleitung (18, 29) zu Stellor ganen (15, 25) von Schlagwerk (14) und/oder Vorschub motor (20), gegebenenfalls drehwerkmediumsleitend und druckmediumsdicht verbunden sind. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Steuerleitung (29) mit einem Stell organ (28) in einer weiteren Steuerleitung (23, 24) mit einem Steuermedium, insbesondere Pressluft, verbun den ist, wobei die weitere Steuerleitung mit einem Stellorgan (21) einer Druckmediumsleitung (3), insbe sondere Druckmediumszuleitung verbunden ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmediumszuleitung des Drehwerkes (7) ein druckbetätigbarer elektrischer Schalter (10) vor gesehen ist, der bei Über- und/oder Unterschreiten eines oder mehrerer Drücke einen elektrischen Schalt kreis öffnet, bzw. schliesst, wodurch zumindest ein elektrisch betätigbares Stellorgan (8) in einer Druck mediumsleitung gesteuert ist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Steuerleitungen zu den Stell organen gleichartig, insbesondere mit Pressluft beauf schlagbar sind.

Inventors: SCHATZMAYR, GUSTAV, DR., SCHON, KONRAD, Schön, Konrad
Applicants: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)
Application year: 1984
Main classification: E21C5
IPC codes: E21B44, E21B1, F15B11, B25D9