DE2705191A1

DE2705191A1 - Schlagbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2705191A1
Application number: DE19772705191
Authority: DE
Inventors: Grey Bassinger
Original assignee: Reed Tool Co Ltd
Current assignee: Camco Drilling Group Ltd
Priority date: 1976-02-09
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1977-08-11
Also published as: SE7701294L; JPS5297301A; US4054180A; SE7701294A0; CA1072537A; AU2210877A; FR2340444B3; FR2340444A1; GB1574885A; BR7700773A; ZA77566B

Description

DH. ING. F. WUKSXHOFF SESSSSSXTS DR-Kf. PECHMANN „ten» *mn MMBl DR. ING. D. BEHRENS „«,.«4«· 2705191 DIPI. ING. H. GOETZ S „„»„„„, * ' PATEHTAKWiLT*

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Beschreibung

Reed Tool Company,
Houston, Texas 77001, U.S.A.

Schlagbohrwerkzeug

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch betätigbares Schlagbohrwerkzeug für Rotationsbohrarbeiten mit einer zentralen Speiseeinrichtung, zu der ein Kolbenschieberventil gehört, das dazu dient, einen Hammer gegenüber einem Amboßteil auf- und abzubewegen, so daß Schläge auf einen Bohrmeißel ausgeübt werden, wie sie als Tieflochschlagbohrgerät für die SprenjLochbohrung verwendet werden und ist eine Weiterentwicklung des Schlagbohrwerkzeugs gemäß DT-OS 25 41 837.

Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen bei vorhandenen pneumatischen Bohrwerkzeugen anwendbar, um die Wirksamkeit der Werkzeuge dadurch zu steigern, daß die Stellung des Steuerventils bei mindestens einer der Stellungen für die Beaufschlagung mit Druck und das Ablassen der Druckluft oberhalb oder unterhalb des Hammers verändert wird. Als typisches Beispiel sei das Werkzeug genannt, das unter der gesatxlieh geschützten Bezeichnung "Megadril" von der Mission Manufacturing Company, Houston, Texas, V.St.v.A., auf den Merkt gebracht wird (z.B. DT-PS 1 408 666, DT-AS 1 937 778). Schon die Verwendung des Kolbenschieberventile nur zum Steuern des Ablassens der Druckluft würde zu einer erheblichen Steigerung der Leistung eines Schlagbohrwerkzeugs führen.

Im folgenden soll kurz auf den Stand der Technik eingegangen werden. Bei den meisten pneumatisch betätigten Schlagbohr-

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Werkzeugen mit drehbaren Bohrmeißeln wird ein Hammer verwendet, der Stöße auf ein Amboßteil aulübt. Da ein unter hohem Druck stehender Fluidstrom durch den Bohrstrang strömt, muß dieses Fluid abwechselnd dazu benutzt werden, den Hammer anzuheben und ihn danach unter Aufbringen einer möglichst großen Energiemenge nach unten gegen das Amboßteil zu treiben. Bei manchen bekannten Schlagbohrwerkzeugen sind in der Umgebung des Hammers Kanäle vorhanden, die abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, um das unter hohem Druck stehende Fluid zuerst zur Unterseite des Hammer zu leiten, damit der Hammer gehoben wird, und danach das unter hohem Druck stehende Fluid unterhalb des Hammers in Richtung auf den Bohrmeißel abzulassen, während gleichzeitig von oben her ein Druck auf den Hammer aufgebracht wird, um ihn nach unten zu treiben.

Bei anderen Konstruktionen von Schlagbohrwerkzeugen wird eine zentral angeordnete Speiseeinrichtung benutzt, um die Beaufschlagung mit Druck bzw. die Druckentlastung oberhalb und unterhalb des Hammers zu steuern. Bei einem bekannten Schlagbohrwerkzeug steuert die Speiseeinrichtung erstens die Druckbeaufschlagung der Unterseite des Hammers, zweitens die Druckbeaufschlagung der Oberseite des Hammers und drittens das Abführen der Druckluft von der Oberseite des Hammers. Die noch verbleibende Aufgabe, die Druckluft aus dem Raum unter dem Hftmmer abzulassen, wird durch eine Ablaßeinrichtung gesteuert, die in dem Amboßteil angeordnet ist. Zwar handelt es sich bei dieser bekannten Konstruktion bereits um eine erhebliche Verbesserung gegenüber vorher bekannten Schlagbohrwerkzeugen, doch wenn es möglich sein würde, den Druck oberhalb des Hammers während eines größeren Teils der Abwärtshubstrecke des Hammers aufrechtzuerhalten, würde der Hammer mit einer noch größeren Kraft auf das Amboßte11 auftreffen. Entsprechend würde der Aufwärtsbewegung des Hammers ein geringerer Widerstand entgegengesetzt, wenn man den Vorgang des Ablassens der Druckluft aus dem Raum oberhalb des Hammers verlängern könnte. Eine Verbesserung dieser Funktionen würde die Schlagfrequenz erhöhen, und es würde sich der zum Anheben des Hammers benötigte Druck verringern.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pneumatisch betätigbares Schlagbohrwerkzeug mit einem drehbaren Bohrmeißel zu schaffen, bei dem die Druckbeaufschlagung der Oberseite eines Hammerteils während eines maximalen Teils des Abwärtshubes aufrechterhalten vird, um den Hammer nach unten gegen das Amboßteil zu treiben. Ferner soll ein Kolbenschieberventil geschaffen werden, das auf der durch den mittleren Teil des Hammers ragenden Speiseeinrichtung gleitend geführt ist und normalerweise eine von zwei Stellungen einnimmt, wobei die erste Stellung dazu dient, den Auslad oberhalb des Hammers über eine optimale Hubstrecke geöffnet zu halten, während die zweite Stellung dazu dient, unterhalb des Hammers den Druck innerhalb einer optimalen Hubstrecke aufrechtzuerhalten. Weiterhin soll ein Kolbenschieberventil geschaffen werden, das auf dem zentralen Zuführungsrohr eines pneumatischen Schlagbohrwerkzeugs gelagert ist, zu dem ein auf- und abbewegbarer Hammer gehört, wobei das Kolbenschieberventil durch ein pneumatisches Fluid betätigbar ist, das durch das Werkzeug strömt und auf bestimmte Druckbeaufschlagungsflächen des Kolbenschiebers wirkt. Außerdem soll eine Einrichtung zum Steuern der Druckentlastung und der Druckbeaufschlagung auf der Oberseite des Hammers eines pneumatischen Schlagbohrwerkzeugs geschaffen werden, wobei die VentilSteuervorgänge durch eine Zuführungseinrichtung bewirkt werden, die sich durch den Hammer erstreckt und einen gleitend geführten Kolbenschieber trägt. Hierbei wird der Kolbenschieber zuerst durch das durch die Zufuhrungseinrichtung strömende, unter hohem Druck stehende Fluid in seine oberste Stellung gebracht, bei der es sich um die erste Stellung handelt, bei welcher der Auslaß oberhalb des Hammers länger geöffnet bleibt. Sobald sich der Hammer bis zu einem vorbestimmten Punkt nach oben bewegt hat, bewegt sich der Kolbenschieber in seine unterste Stellung, während gleichzeitig die Oberseite des Hammers mit Druck beaufschlagt wird. Bei seiner untersten Stellung erhält der Kolbenschieber die Druckbeaufschlagung der Oberseite des Hammers während eines größeren Teils der Hubstrecke aufrecht, so daß die Druckbeaufschlagung der Oberseite des Hammers während des größten Teils seines Abwärtshubes erhalten bleibt. Dieses

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Arbeitsspiel wiederholt sich kontinuierlich, während der Hammer Schläge mit voller Energie auf das Amboßteil ausübt, die auf den Bohrmeißel übertragen werden, um ihn zu veranlassen, eine Bodenformation zu durchdringen. Da der Auslaß oberhalb des Hammers während eines größeren Teils des Aufwärtshubes geöffnet gehalten wird, wird außerdem eine geringere Kraft zum Heben des Hammers benötigt. Schließlich soll ein Kolbenschieberventil zur Verwendung bei einer abgeänderten Ausführung schon vorhandener pneumatischer Schlagbohrwerkzeuge geschaffen werden. Hierbei kann der Kolbenschieber eine oder mehrere Druckbeaufschlagungs- und Druckentlastungsfunktionen oberhalb oder unterhalb des Hammers steuern, wodurch die wirksame Hubstrecke bei der Druckentlastung und/oder der Druckbeaufschlagung verändert wird.

Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe durch die Schaffung eines Schlagbohrwerkzeugs gelöst, bei dem sich der Hammer längs der Achse des Werkzeugs bewegt, um wiederholt Stöße auf ein Amboßteil auszuüben, das am anderen Ende mit einem Bohrmeißel zusammenarbeitet. Der Hammer wird wiederholt gehoben und durch den Druck eines pneumatischen Fluides nach unten getrieben, das durch den Bohrstrang zu dem Schlagbohrwerkzeug strömt. Durch eine zentrale Öffnung des Hammers erstreckt sich eine Zufuhrungseinrichtung mit Kanälen, die in gleitender Verbindung mit Kanälen in dem Hammer stehen. Die ZufUhrungseinrichtung und der Hammer steuern die Druckbeaufschlagung des Raums unter dem Hammer, die Druckbeaufschlagung des Raums über dem Hammer sowie das Abführen des Fluides aus dem Raum über dem Hammer. Eine Auslaßeinrichtung in dem Amboßteil steuert das Abführen des Fluides aus dem Raum unter dem Hammer. Ferner ist ein Kolbenschieber vorhanden, der auf dem oberen Teil der Zuführungseinrichtung so gleitend geführt ist, daß eine günstigere Steuerung der Druckbeaufschlagung und des Abführens des Fluides aus dem Raum über dem Hammer erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. la und Ib jeweils einen Teil eines Längsschnitts einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. la; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. la; Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. la; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. la; Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. la; Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. Ib;

Fig. 8 bis 12 jeweils einen vereinfachten Teilschnitt zur Veranschaulichung der Auf- und Abwärtsbewegung des Hanmers und des Kolbenschiebers sowie der Strömungswege des Fluides; und

Fig. 13 einen Teilschnitt einer abgeänderten Ausftthrungsform der Erfindung zur Verwendung bei einem bekannten Schlagbohrwerkzeug mit einem zentralen Auslaßkanal.

In Fig. la und Ib ist ein insgesamt mit 20 bezeichnetes pneumatisches Schlagbohrwerkzeug dargestellt, das dazu bestimmt ist, mit einem nicht dargestellten Bohrrohrstrang durch ein oberes Zwischenstück 22 mit einem Innengewinde 24 verbunden zu werden. Das obere Zwischenstück 22 ist durch eine Gewindeverbindung 26 mit einem Gehäuse 28 verbunden, dessen unterer Teil mit einem unteren Zwischenstück 30 durch eine Gewindeverbindung 32 verbunden ist. Das untere Zwischenstück 30 hält ein Amboßteil 34 in seiner Lage, das auf eine noch zu erläuternde Weise auf- und abbewegbar geführt ist.

Das obere Zwischenstück 22 weist eine Verengung 36 auf, durch die ein unter hohem Druck stehendes Fluid von dem Bohrrohrstrang aus nach unten in das Schlagbohrwerkzeug 20 einströmen kann. Über die Verengung 36 wird ein unter hohem Druck stehendes pneumatisches Fluid zugeführt. Unter der Verengung 36 ist ein Rückschlagventil 38 angeordnet, zu dem ein unter Feder-

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spannung stehendes Ventilorgan 40 gehört, das an seinem oberen Ende mit einem elastischen Dichtungsmaterial 42 (normalerweise Gummi) versehen ist, um eine Abdichtung gegenüber dem unteren Ende der Verengung 36 zu ermöglichen. Das hohle Ventilorgan 40 enthält eine Schraubenfeder 44, die das Ventilorgan in seine obere Schließstellung nach Fig. la vorspannt. Die Schraubenfeder 44 wird durch das Ventilorgan 40 und ein Ventilhalteteil 46 einer kleinen Druckkraft ausgesetzt. Der Druckabfall, der an dem Rückschlagventil 38 auftritt, ist normalerweise im Vergleich zum Arbeitsdruck des durch das Werkzeug 20 strömenden Fluides sehr gering.

Das Ventilhalteteil 46 wird beim Festziehen des oberen Zwischenstücks 22 durch einen Flansch 48 festgelegt. Eine Dichtung 50 verhindert ein Herumströmen des unter hohem Druck stehenden Fluides um den Flansch 48 und das Ventilhalteteil 46. Das Hochdruckfluid durchströmt das Ventilhalteteil 46 Über geneigte Kanäle 42, die zu einer zentralen Öffnung 54 konvergieren. Weitere Einzelheiten des Rückschlagventils 38 sind aus Fig. 2 ersichtlich.

Der Flansch 48 stützt sich mit seiner Unterseite an einem Halteteil 56 für eine Zufuhrungseinrichtung ab. Das Halteteil 56 weist einen kleinen Flansch 58 auf, der an einer Schulter 60 des Gehäuses 28 anliegt, so daß nach dem Festziehen des oberen Zwischenstücks 22 das Halteteil 56 festgelegt ist. Im oberen Teil des Halteteils 56 ist eine Ringmutter 62 angeordnet, die gemäß Fig. 3 auf die Zuführungseinrichtung 64 aufgeschraubt ist. Ein O-Ring 66 verhindert das Entweichen des Hochdruckfluides zwischen der Ringmutter 62 und dem Ventilhalteteil 46. Ferner bewirkt eine Dichtungsscheibe 68 eine Abdichtung zwischen der Ringmutter 62 und dem Halteteil 56 für die Zufuhrungseinrichtung 64. Das Halteteil 56 weist auf seiner Unterseite einen rohrförmigen Ansatz 70 auf, der eine Dichtungsfläche 72 besitzt, deren Aufgabe nachstehend erläutert wird.

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Die Zufuhrungseinrichtung 64, die im folgenden auch als Zuführungsrohr bezeichnet ist, hat eine zentrale öffnung 74 und ragt nach unten durch den mittleren Teil des Hammers 76. In dem Zuführungsrohr 64 sind Querschlitze 78 ausgebildet, die ständig eine Strömungsverbindung zwischen der zentralen Öffnung bzw. dem Kanal 74 und einem Ringraum 80 bilden, welcher durch einen Kolben- oder Rohrschieber 82 abgegrenzt wird. Der Rohrschieber 82 ist auf dem Zuführungsrohr 64 zwischen dem Ende 84 des Halteteils 56 und einer Schulter 86 des Zuführungsrohrs gleitend geführt. Der obere Teil 81 des Rohrschiebers 82 arbeitet mit abdichtender Wirkung mit dem Zuführungsrohr 64 und dem Hammer 76 zusammen und ist gegenüber diesen Teilen verschiebbar. Der untere Teil 83 des Rohrschiebers bewirkt eine Abdichtung gegenüber dem Zuführungsrohr 64 und dem Hammer 76. Gemäß Fig. la hat der obere Teil 81 des Rohrschiebers 82 eine größere Querschnittsfläche als sein unterer Teil 83, so daß bei ihm eine größere Druckbeaufschlagungsfläche vorhanden ist. Der Ringraum 80 wird von dem Rohrschieber 82 umschlossen und auf der Innenseite durch das Zuführungsrohr 64 abgegrenzt. Gemäß Fig. la und 4 ist der Rohrschieber 82 mit radialen Querschlitzen 88 versehen.

Der untere Teil des Zuführungsrohrs 64 ist im wesentlichen auf bekannte Weise ausgebildet. Eine axiale Bohrung 90 von kleinerem Durchmesser erstreckt sich nach unten zu einer Drosselöffnung 92. Querschlitze 94 stellen gemäß Fig. la und 6 Strömungsverbindungen zwischen dem engeren Bohrungsabschnitt 90 und der zentralen Bohrung des Hammers 76 her. Zwischen dem Zuführungsrohr 64 und dem Hammer 76 ist ein Ringraum 96 vorhanden. Der untere Teil des Ringraums 96 steht gemäß Fig. 5 in Verbindung mit Auslaßkanälen 98, die gemäß Fig. 6 die Querschlitze 94 nicht schneiden.

Der Hammer 76 ist im wesentlichen auf bekannte Weise ausgebildet und mit geneigten oberen Kanälen 100 versehen, die Verbindungen zwischen einer oberen Druckkammer 102 und einer oberen Hinterschneidung 104 des Hammers herstellen. Ferner sind geneigte untere Kanäle 106 vorhanden, die in Verbindung mit

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einer unteren Druckkammer 108 und einer unteren Hinterschneidung 110 des Hammers 76 stehen.

Das Amboßteil 34 hat einen zentralen Strömungskanal 112, der dazu dient, das Hochdruckfluid, das ihm über ein in seinem oberen Teil angeordnetes Auslaßrohr 114 zugeführt wird, über Kanäle 118 zu dem Bohrmeißel 116 zu leiten. Das Auslaßrohr 114 ist in der zentralen Öffnung des Hammers 76 gleitend geführt und wird in dem Amboßteil 34 durch elastisches Material 120 festgehalten.

Das Amboßteil 34 ist von einem Amboßführungsring 122 umschlossen, der durch eine sich an einer Schulter 126 abstutzende Lippe 124 in seiner Lage gehalten wird. Unmittelbar unter dem Amboßführungsring 122 ist ein geteilter Haltering 128 angeordnet, hinter dem sich ein elastisches Material 130 und ein O-Ring 132 befinden. Wird das untere Zwischenstück 30 gegenüber dem Gehäuse 28 an der Gewindeverbindung 32 festgezogen, wird ein innerer Flansch 1C4 des Zwischenstücks an den Haltering 128 angepreßt, um ihn in seiner Lage zu halten. Zwischen dem unteren Zwischenstück 30 und dem Amboßteil 34 ist eine Keilverbindung 136 vorhanden. Das Amboßteil 34 kann sich in dem Gehäuse 28 und dem unteren Zwischenstück 30 nach unten bewegen, bis die Schulter 138 zur Anlage an dem Haltering 128 kommt. Hierdurch wird die Abwärtsbewegung des Hammers 76 auf bekannte Weise unterbrochen, doch kann die Drehbewegunggpmäß Fig. 7 mit Hilfe der Keilverbindung 136 weiterhin auf das Amboßteil 34 übertragen werden.

Fig. 8 bis 12 veranschaulichen in vereinfachten Darstellungen die Bewegungen des Rohrschiebers 82 und des Hammers 76 sowie die normalerweise durch Druckluft gebildeten Fluidströme in dem Schlagbohrwerkzeug 20. Aus Fig. 8 sowie Fig. la und Ib ist die Ausgangsstellung des Hammers 76 und des Rohrschiebers 82 ersichtlich. Das Hochdruckfluid strömt durch die zentrale öffnung 74, die Querschlitze 94 und die geneigten unteren Kanäle 106 zur unteren Druckkammer 108. Hierdurch wird in der unteren Druckkammer 108 ein Druck aufgebaut, so daß der Hammer

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76 beginnt, sich nach oben zu bewegen.

Gleichzeitig strömt Hochdruckfluid durch die Querschlitze 78 zu dem Ringraum 80, tut einen Druck auf den oberen Teil 81 des Rohrschiebers 82 auszuüben. Ferner wirkt gleichzeitig das Hochdruckfluid auf den unteren Teil 83 des Rohrschiebers 82, doch da der obere Teil 81 eine größere Querschnittsflflche hat als der untere Teil 83, wird der Rohrschieber nach oben bewegt. Da der Rohrschieber erheblich leichter ist als der Hammer 76 und da das Verhflltnis zwischen dem Gewicht und der Betätigungskraft bei de« Rohrschieber erheblich kleiner ist als bei des Hawser, wird der Rohrschieber in seine oberste Stellung gebracht, so daß er gemäß Fig. 9 zur Anlage am unteren Ende 84 des Halteteils 56 für das Zu führungsrohr kommt, bevor der Hasser 76 seine oberste Stellung erreicht. Gemäß Fig. 8 steht die obere Druckkammer 102 in Strömungsverbindung mit dem Auslaßrohr 114, und zwar über die geneigten oberen Kanäle 100, die obere Hinterschneidung 104, den Ringraum 96 und die aus Fig. la ersichtlichen AuslaSkanäle 98, so daß die gesamte Menge des Hochdruckfluides zum Bohrmeißel 116 geleitet wird. Außerdem liegen gemäß Fig. 8 die Schlitze 88 des Rohrschiebers 82 über der oberen Hinterschneidung 104. Hierdurch wird verhindert, daß das auf den oberen Teil 81 und den unteren Teil 83 des Rohrschiebers 82 wirkende Hochdruckfluid zu der oberen Druckkammer 102 gelangt.

Da der Druck über dem oberen Teil 81 des Rohrschiebers 82 erheblich geringer ist als der Druck auf der Unterseite des Rohrschiebers, trägt der Druckunterschied am oberen Teil 81 dazu bei, den Rohrschieber in seiner obersten Stellung nach Fig. 9 zu halten. Hierbei baut sich weiter ein Druck auf der Unterseite des Hammers 76 auf. Dadurch, daß der Rohrschieber 82 in seine oberste Stellung gebracht wird, kann das Fluid weiterhin aus der oberen Druckkammer 102 entweichen, während sich der Hammer 76 nach oben bewegt. Der Druck in der oberen Druckkammer 102 ist erheblich niedriger als der Druck im Ringraum 80 des Rohrschiebers 82. Auch die Tatsache, daß der obere Teil 81 des Rohrschiebers einen größeren Durchmesser hat als

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der untere Teil 83, trägt dazu bei, den Rohrschieber 82 in seiner obersten Stellung zu halten.

In Fig. 10 ist die Druckbeaufschlagung der Unterseite des Hammers 76 dadurch beendet worden, daß sich die untere Hinterschneidung 110 bis oberhalb der Querkanäle 94 bewegt hat. Außerdem steht gemäß Fig. 10 die obere Hinterschneidung 104 in Deckung mit den oberen Enden der Schlitze 88 des Rohrschiebers 82. Sobald die obere Hinterschneidung 104 in Fluchtung mit den Schlitzen 88 des Rohrschiebers kommt, beginnt die Druckbeaufschlagung der oberen Druckkammer 102. Außerdem ist das Ablassen des Fluides aus der oberen Druckkammer 102 bereits beendet worden. Die in die untere Druckkammer 108 eingeschlossene, unter Druck stehende Luft entspannt sich weiter, so daß sie den Hammer 76 nach oben treibt.

Während sich der Hammer 76 gemäß Fig. 11 weiter nach oben bewegt, gleitet das Auslaßrohr 114 aus dem zentralen Kanal des Hammers 76 heraus, so daß das Druckfluid aus der unteren Druckkammer 108 Über den zentralen Kanal 112 des Amboßteils 34 zum Bohrmeißel 116 abströmen kann. Gleichzeitig strömt Druckfluid von der zentralen Öffnung 74 des ZufUhrungsrohrs 64 aus durch die Querschlitze 88, die obere Hinterschneidung 104 und die geneigten oberen Kanäle 100 zur oberen Druckkammer 102. Da sich die Drücke auf beiden Seiten des oberen Teils des Rohrschiebers 82 Jetzt ausgleichen, beginnt der Rohrschieber 82, sich nach unten zu bewegen, da immer noch ein Druck auf die Innenseite des unteren Teils 83 wirkt. Hierbei kann sich der Hammer 76 weiter nach oben bewegen.

Gemäß Fig. la verhindert die Dichtungsfläche 72, daß das Druckmittel in der oberen Druckkammer 102 zu schnell zur oberen Stirnfläche des Rohrschiebers 82 gelangt, damit der Rohrschieber nicht mit einer zu hohen Geschwindigkeit nach unten getrieben wird; zu diesem Zweck ist die Dichtungsfläche 72 so ausgebildet, daß eine gewisse Undichtigkeit verbleibt. Wird der Rohrschieber mit einer höheren Geschwindigkeit nach unten getrieben, besteht die Gefahr einer Beschädigung. Die eine

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teilweise Abdichtung bewirkende Dichtungsfläche 72 ist eigens so ausgebildet, daß die Abwärtsbewegung des Rohrschiebers 32 verlangsamt wird; jedoch könnte man auch andere Einrichtungen vorsehen, um die Abwärtsbewegung des Rohrschiebers zu verlangsamen. Die Abdichtung zwischen der Dichtungsfläche 72 und dem Hammer 76 soll in einem solchen Ausmaß undicht sein, daß sich der Rohrschieber 82 schneller nach unten bewegt als der Hammer 76.

Bewegt sich der Hammer 76 nach oben, wird eine Strömungsverbindung für das Hochdruckfluid mit der zentralen Öffnung 74 des ZufUhrungsrohrs 64 über die Querschlitze 78, den Ringraum 80, die obere Hinterschneidung 104 und die geneigten oberen Kanäle 100 aufrechterhalten. Diese Strömungsverbindung zu der oberen Druckkammer 102 bleibt gemäß Fig. 12 bis unmittelbar vor dem Auftreffen des Hammers auf das Amboßteil geöffnet. Fig. 12 zeigt die Stellung des Hammers 76 und des Rohrschiebers 82 im Augenblick des Schließens der zur oberen Druckkammer 102 führenden Strömungsverbindung für das Hochdruckfluid. In diesem Augenblick hat die Beaufschlagung des Raums unter dem Hammer 76 mit Druck bereits begonnen.

Die Verwendung des Rohrschiebers 82 in der aus Fig. 8 bis 12 ersichtlichen Weise ermöglicht es, den Druck in der oberen Druckkammer 102 über einen größeren Teil des Abwärtshubes des Hammers 76 aufrechtzuerhalten. Dadurch, daß der Druck über dem Hammer 76 während eines größeren Teils des Abwärtshubes erhalten bleibt, ist es möglich, eine erheblich größere Stoßkraft mit Hilfe des Hammers 76 auf das Amboßteil 34 aufzubringen. Da der Auslaß der oberen Druckkammer während eines größeren Teils des Aufwärtshubes des Hammers 76 geöffnet bleibt, als es bis jetzt möglich ist, wird außerdem eine geringere Energiemenge benötigt, um den Hammer 76 in seine oberste Stellung zu bringen. Sobald der Hammer 76 einen Schlag auf das Amboßteil 34 ausgeübt hat, wiederholt sich das Arbeitsspiel, das mit der in Fig. 8 gezeigten Stellung beginnt.

Wie eingangs erwähnt, läßt sich das erfindungsgemäße Rohrschieberventil nicht nur bei dem genannten bekannten Schlag-

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bohrwerkzeug verwenden, sondern auch bei zahlreichen anderen pneumatischen Schlagbohrwerkzeugen, die sich gegenwärtig auf dem Markt befinden. Beispielsweise kann man das Werkzeug, das von der Hission Manufacturing Company, Houston, Texas, V.St.A., unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Megadril¹¹ auf den Markt gebracht wird, mit einem erfindungsgemäßen Rohrschieber versehen, um einen Teil der Steuervorgänge durchzuführen. Ein solches bekanntes Schlagbohrwerkzeug ist in der Druckschrift "Catalog 461" der Mission Manufacturing Company beschrieben.

In Fig. 13 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung in einem Teilschnitt dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet. Von der Erdoberfläche aus zügeführte Druckluft strömt in das Schlagbohrwerkzeug 200 über eine Kammer 202, Öffnungen 208, eine Hinterschneidung 210 eines ortsfesten oberen Auslaßteils 214, einen Hingraum 204 in einem Gehäuse 206 und Öffnungen im innersten zylindrischen Teil 207 des Gehäuses ein.

Die erfindungsgemäße Anordnung 200 ist in dem ortsfesten oberen Auslaßteil 214 untergebracht, das an seinem unteren Ende mit einer Druckluftdrossel 218 versehen ist, damit eine kleine Druckluftmenge kontinuierlich durch das Werkzeug strömen kann, wie es auch in der genannten Druckschrift beschrieben ist. Mit dem unteren Ende des ortsfesten oberen Auslaßteils 214 ist durch eine Gewindeverbindung ein mit einem Flansch versehenes Verlängerungsstück 220 verbunden, das mit der Druckluftdrossel 218 versehen ist.

Fig. 13, die längs ihrer Mittellinie unterteilt ist, zeigt zu beiden Seiten der Mittellinie verschiedene Stellungen des Rohrschiebers 222 und des Hammers 224.

Bei dem Rohrschieber 222 wird eine gleitende Abdichtung zwischen dem oberen Teil des Rohrschiebers und dem einen Flansch tragenden Verlängerungsstück 220 bei 226 durch eine metallische Berührung aufrechterhalten. Das obere Ende des Rohrschiebers 222 stützt sich an einer Schulter 228 des ortsfesten oberen Auslaßteils 214 ab, wenn sich der Rohrschieber in seiner

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obersten Stellung befindet. Bei der untersten Stellung des Rohrschiebers liegt eine Schulter 230 des Rohrschiebers an dem Flansch 232 des Verlängerungsstücks 220 an. Eine Verbindung zu dem Bereich zwischen dem Flansch 232 und der Schulter 230 wird durch Querkanäle 234 hergestellt, die ständig Druckluft über den zentralen Kanal 236 des ortsfesten oberen Auslaßteils 214 und durch einen Kanal des Verlängerungsstücks 220 zuführen.

Der Hammer 224 weist obere Druckkanäle 238 auf, welche die obere Stirnfläche des Hammers mit der Hinterschneidung 240 verbinden. Die oberen Druckkanäle 238 dienen bei der Anordnung 200 dazu, die obere Kammer 242 mit Druck zu beaufschlagen. Ferner weist der Hammer 224 einen zentralen Auslaßkanal 244 auf. Untere Druckkanäle 252 verbinden die Hinterschneidung 254 mit dem unteren Ende des Hammers 244.

Beim Betrieb der Anordnung 200 tritt unter hohem Druck stehende Luft in die Kammer 202 ein. Von der Kammer 202 aus strömt die Druckluft durch die Öffnungen 208, die Hinterschneidung 210 und die Öffnungen 212 zum Ringraum 204 des Gehäuses 206. Befindet sich der Hammer 224 in seiner untersten Stellung, wie es im linken Teil von Fig. 13 gezeigt ist, strömt die Druckluft über den Ringraum 204 zu einem in Fig. 13 nicht gezeigten Raum unter dem Hammer 224. Der gleiche Druck kommt über den zentralen Kanal 236 und den Querkanal 234 zur Wirkung, so daß der Rohrschieber 222 gemäß dem linken Teil von Fig. 13 in seine oberste Stellung gebracht wird.

Der Druck auf der Unterseite des Hammers 224 bewirkt, daß der Hammer in seine oberste Stellung gebracht wird, wie es im rechten Teil von Fig. 13 gezeigt ist. Sobald die Hinterschneidung 240 in Fluchtung mit Öffnungen 246 im innersten zylindrischen Teil 207 des Gehäuses 206 kommt, strömt Druckluft aus dem Ringraum 204 durch die Öffnungen 246, die Hinterschneidung 240 und die oberen Druckkanäle 238 nach oben, um die obere Kammer 242 mit einem Druck zu beaufschlagen. Diese Druckbeaufschlagung der oberen Kammer 242 bewirkt, daß die Aufwärtsbewegung des Hammers 224 unterbrochen wird. Wenn der Druck in der

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oberen Druckkammer 242 auf die obere Stirnfläche des Rohrschiebers 222 wirkt, die größer ist als die Schulter 230, welche durch den Druck in dem zentralen Kanal 236 ständig beaufschlagt wird, bev/egt sich der Rohrschieber gleichzeitig in seine unterste Stellung, wie es im rechten Teil von Fig. 13 gezeigt ist, sobald in der oberen Kammer 242 ein bestimmter Druck erreicht wird.

Nunmehr treibt die in die obere Kammer 242 eingeschlossene Druckluft den Hammer 224 nach unten gegen den nicht dargestellten Amboß. Die in die obere Kammer 242 eingeschlossene Druckluft entspannt sich weiter, so daß sie den Hammer 224 auch dann noch nach unten treibt, wenn sich die Hinterschneidung 240 an den zu dem Hingraum 204 führenden Öffnungen 246 vorbei bewegt hat. Erst unmittelbar vor dem Auftreffen des Hammers auf den Amboß bewegt sich das obere Ende 248 des Hammers vom unteren Ende 250 des Rohrschiebers 222 weg. Dies gewährleistet, daß die Antriebskraft auf den Hammer im wesentlichen über die ganze Abwärtshubstrecke aufgebracht wird. Sobald sich das obere Ende 248 des Hammers gegenüber dem unteren Ende 250 des Rohrschiebers nach unten bewegt, d.h. unmittelbar vor dem Auftreffen des Hammers auf den Amboß, kann die Druckluft aus der oberen Kammer 242 über den zentralen Auslaßkanal 244 zu dem nicht dargestellten Bohrmeißel entweichen. Da jetzt kein Druck mehr auf das obere Ende des Rohrschiebers 222 wirkt, führt der auf die Schulter 230 wirkende Druck dazu, daß der Rohrschieber sofort in seine oberste Stellung entsprechend dem linken Teil von Fig. 13 gebracht wird. Nunmehr kann sich das Arbeitsspiel wiederholen, wobei der unter dem Hammer 224 wirkende Druck den Hammer veranlaßt, sich wieder nach oben zu bewegen. Aus dem Raum unter dem Hammer 224 wird die Druckluft auf bekannte, in Fig. 13 nicht dargestellte Weise abgelassen.

Der Rohrschieber 222 erfüllt bei der abgeänderten Anordnung 200 nach Fig. 13 nur eine Steuerfunktion, und zwar das Ablassen der Druckluft aus der oberen Kammer 242. Im Gegensatz hierzu steuert der anhand von Fig. 1 bis 12 beschriebene Rohr-

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schieber 82 sowohl die Druckbeaufschlagung als auch das Ablassen der Druckluft aus der oberen Druckkammer 102. Der Rohrschieber kann bei zahlreichen anderen Schlagbohrwerkzeugen verwendet werden, um den Zeitpunkt der Druckbeaufs:hlagung oder des Ablassens der Druckluft oberhalb oder unterhalb eines Hammers zu regeln und hierdurch den Wirkungsgrad des Schlagbohrwerkzeugs zu verbessern. Mit Hilfe des Rohrschiebers 222 nach Fig. 13 läßt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades des dargestellten Schlagbohrwerkzeugs um etwa 30% bis 40% erreichen. In jedem Fall kommt es darauf an, mit Hilfe des Rohrschiebers die Antriebskraft so lange wie möglich auf den Hammer wirken zu lassen und gleichzeitig alle Kräfte möglichst weitgehend zu verringern, welche die Abwärts- oder Aufwärtsbewegung des Hammers behindern könnten.

Ansprüche;

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COPY

Claims

ANSPRÜCHE

\J._y Schlagbohrwerkzeug, welches mit einem Bohrrohr strang über eine Verbindungseinrichtung verbindbar ist, die ein mit einem Gehäuse für das Bohrwerkzeug verbundenes oberes Zwischenstück hat, mit einem im unteren Ende des Gehäuses gleitend geführten Amboß, einem unter dem Amboß angeordneten Bohrmeißel, einem längs der Achse des Ambosses bewegbaren periodische Schläge ausübenden Hammerkolben, bei dem das Druckmittel durch den Bohrrohrstrang und das obere Zwischenstück in eine Zuführungseinrichtung gleitet wird, die nach unten in eine Öffnung des Hammers hinein- ragt, wobei obere Querkanäle der Zuführungseinrichtung periodisch eine Verbindung für das Druckmittel von einem zentralen Strömungskanal durch den Hammer hindurch zu einer oberen Druckkammer und untere Querkanäle der Zuführungseinrichtung periodisch eine Verbindung für das Druckmittel vom zentralen Strömungskanal durch den Hammer hindurch zu einer unteren Druckkammer herstellen, dadurch gekennzeichnet , daß ein die oberen Querkanäle (78) der Zuführungseinrichtung (64) umschließender Rohrschieber (82) eine Verbindung zu den oberen Querkanälen aufrechterhaltende Kanäle (88) aufweist, und auf der Zuführungseinrichtung gleitend geführt und zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, um periodisch eine Verbindung zwischen den Kanälen des Rohrschiebers und der oberen Druckkammer (102) herzustellen, daß die Bewegungen des Rohrschiebers durch das Druckmittel gesteuert werden, das auf verschieden große Flächen des Rohrschiebers wirkt und die Bewegung des Rohrschiebers jeweils einer gleichartigen

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ORIGINAL INSPECTED

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Bewegung des Hammers (76) vorausgeht, und daß die Verbindung über die oberen Querkanäle zu der oberen Druckkammer durch die Kanäle des Rohrschiebers praktisch über einen maximalen Teil des Abwärtshubes des Hammers aufrechterhalten wird.
2. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Auslaßströmungsweg aus der oberen Druckkammer (102) zwischen dem Rohrschieber (82) und dem Hammer (76) praktisch über einen maximalen Teil der Aufwärtshubs trecke des Hammers offengehalten wird, daß die genannte erste Stellung des Rohrschiebers bewirkt, daß der Auslaßströmungsweg der oberen Druckkammer in einem maximalen Ausmaß offengehalten wird und daß die zweite Stellung des Rohrschiebers bewirkt, daß eine maximale Druckbeaufschlagung der oberen Druckkammer herbeigeführt wird.
3. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der beiden verschieden großen Flächen des Rohrschiebers (82) größer ist als die zweite dieser Flächen, daß die Kanäle (88) des Rohrschiebers zwischen diesen beiden Flächen angeordnet sind und daß sich der Rohrschieber nach oben bewegt und seine erste Stellung beibehält, bis das Ausströmen des Fluides aus der oberen Druckkammer (102) dadurch beendet worden ist, daß sich der Hammer (76) längs einer ersten vorbestimmten Strecke nach oben bewegt hat.
4. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, mit dem die obere Druckkammer (102) beaufschlagt wird, auf die beiden verschieden großen Flächen des Rohrschiebers (82) wirkt, um den Rohrschieber nach unten in seine zweite Stellung zu bewegen und hierdurch die Druckbeaufschlagung der oberen Druckkammer aufrechtzuerhalten, bis sich der Hammer (76) längs einer zweiten vorbestimmten Strekke nach unten bewegt hat.
5. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Zuführungseinrichtung (64) eine Halteeinrichtung (56) gehört, die im Gehäuse (28) durch das obere Zwischenstück (22) festgehalten wird, und daß die Halteein-

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richtung mit Dichtungseinrichtungen (66, 68) versehen ist, üb das Entweichen des unter hohen Druck stehenden Fluides längs der Halteeinrichtung zu verhindern.
6. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den verschieden großen Flächen des Rohrschiebers (82) führende Strömungsverbindung für das unter hohen Druck stehende Fluid gedrosselt ist, um eine schnelle Abwärtsbewegung des Rohrschiebers zu verhindern.
7. Schlagbohrwerkzeug mit einer Zuführungseinrichtung zum Regeln der Zufuhr eines unter hohem Druck stehenden Fluides zu einer oberen Druckkammer oberhalb eines Hammers und einer unteren Druckkammer unterhalb des Hanners, wobei die Zuführungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie sich in einer Öffnung des Hanners so anordnen läßt, daß obere Kanäle des Hemmers eine Verbindung zwischen der Öffnung des Hammers und der oberen Druckkammer und untere Kanäle des Hammers eine Verbindung zwischen der Öffnung und der unteren Druckkammer herstellen, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Zufuhrungseinrichtung ein langgestrecktes Hauptteil (64) mit einem zentralen Strömungskanal (74) zum Aufnehmen des unter hohem Druck stehenden Fluides gehört, daß das Hauptteil obere Querkanäle (78) zum Verbinden des zentralen Strömungskanals mit einem Rohrschieber (82) aufweist, daß das Hauptteil mit Querkanälen (94) versehen ist, welche den zentralen Strömungskanal mit der unteren Druckkammer über die unteren Kanäle (106) des Hammers (76) verbinden, wenn sich der Hammer in seiner unteren Stellung befindet, daß der Rohrschieber (82) die Zuführungseinrichtung umschließt, daß der Rohrschieber eine obere Fläche (81) und eine untere Fläche (83) aufweist, die eine gleitende Abdichtung zwischen der Zuführungseinrichtung und dem Hammer bewirken, daß der Rohrschieber mit Kanälen (88) versehen ist, die zwischen der oberen und der unteren Fläche angeordnet sind und es ermöglichen, periodisch das unter hohem Druck stehende Fluid von den oberen Querkanälen aus der oberen Druckkammer (102) über die oberen Kanäle (100) des Hammers zuzuführen, und daß die obere und die untere

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Stirnfläche des Rohrschiebers so ausgebildet sind, daß die auf diese Flächen wirkenden Drücke den Rohrschieber jeweils schneller in seine obere bzw. seine untere Stellung bringen, als sich der Hammer nach oben bzw. nach unten bewegt.
8. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrungseinrichtung zwischen den oberen Querkanälen (78) und den Kanälen (88) des Rohrschiebers (82) einen Ringraum (80) aufweist.
9. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (82) in seiner oberen Stellung eine Ausströmverbindung zu der oberen Druckkammer (102) aufrechterhält, bis sich der Hammer (76) längs einer ersten vorbestimmten Strecke nach oben bewegt hat.
10. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (82) beginnt, das unter hohes Druck stehende Fluid über die Kanäle (88) des Rohrschiebers und die oberen Kanäle (100) des Hammers (76) der oberen Druckkammer (102) zuzuführen, während sich der Hammer längs einer zweiten vorbestimmten Strecke nach oben bewegt, und daß gleichzeitig der Druck in der oberen Druckkammer auf die obere und die untere Stirnfläche des Rohrschiebers wirkt, um den Rohrschieber in seine untere Stellung zu bringen.
11. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (82) in seiner unteren Stellung das unter hohem Druck stehende Fluid der oberen Druckkammer (102) zuführt, bis sich der Hammer (76) längs einer dritten vorbestimmten Strecke nach unten bewegt hat.
12. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Drosseleinrichtung (72), die dazu dient, die Wirkung des unter hohem Druck stehenden Fluides auf die obere Stirnfläche des Rohrschiebers (82) zu verzögern und hierdurch die Abwärtsbewegung des Rohrschiebers zu verlangsamen.

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13. Pneumatisches Schlagbohrwerkiieug, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (28), einen sich vom unteren Ende des Gehäuses aus nach unten erstreckenden Bohrmeißel (116), der in dem Gehäuse gleitend geführt ist und an seinem oberen Ende einen Amboß (34) aufweist, einen in dem Gehäuse gleitend geführten Hammer (76), der auf- und abbewegbar ist, um abwechselnd in und außer Berührung mit dem Amboß gebracht zu werden, einen Kanal (36) zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluides zu dem Gehäuse, mehrere sich durch das Schlagbohrwerkzeug erstreckende Kanäle, die es ermöglichen, das unter Druck stehende Fluid den Enden des Hammers abwechselnd zuzuführen bzw. es von dort abzuführen, um den Hammer gegenüber dem Amboß auf- und abzubewegen, sowie durch eine in dem Schlagbohrwerkzeug angeordnete Ventileinrichtung (82), die unabhängig von dem Hammer und gegenüber mindestens einem ersten der genannten Kanäle bewegbar ist, um die Lage der Ventilsteuerpunkte so zu verändern, daß der Druck des Fluides auf den Hammer jeweils während eines möglichst großen Teils seiner Bewegungsstrecke zur Wirkung gebracht wird.
14. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (82) in einem zweiten kanal innerhalb des Hammers (76) gleitend geführt ist und die Druckbeaufschlagung oberhalb des Hammers aufrechterhält.
15. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (82) auf einer an dem Gehäuse (28) befestigten Auslaßeinrichtung gleitend geführt ist und dazu dient, die Lage der Ventilsteuerpunkte zu verändern, wodurch die Abfuhr des Fluides aus dem Raum über dem Hammer (76) gesteuert wird.
16. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer (76) einen dritten Kanal (96) aufweist und daß die Ventileinrichtung (82) gegenüber dem dritten Kanal gleitend geführt ist, um die Lage der Ventilsteuerpunkte zu verändern und hierdurch das Strömen des Fluides durch den dritten Kanal zu steuern.

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17. Schlagbohrwerkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung mindestens zwei verschieden große Druchbeaufschlagungsflachen aufweist, daß die erste Druckbeaufschlagungsfläche ständig der Wirkung des von dem Gehäuse (28) aufgenommenen Fluides ausgesetzt ist, daß die zweite Druckbeaufschlagungsfläche in ständiger Verbindung mit dem oberhalb des Hammers (76) vorhandenen Fluid steht und daß der Druck des dem Gehäuse zügeführten Fluides, der auf die erste Druckbeaufschlagungsfläche wirkt, und der Druck des Fluides, das sich oberhalb des Hammers befindet und auf die zweite Druckbeaufschlagungsfläche wirkt, die Bewegungen der Ventileinrichtung steuern.

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