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Dokumentenidentifikation DE3882953T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0322170
Titel Rammbohrgerät mit Kontrollventil.
Anmelder Gas Research Institute, Chicago, Ill., US
Erfinder Leitko, Curtis E., Jr., Houston Texas 77040, US;
Wasson, Michael R., Houston Texas 77063, US;
Lee, Douglas Wayne, Enid Oklahoma 73701, US;
Stangl, Gerald Albert, Perry Oklahoma 73703, US
Vertreter Richter, J., Dipl.-Ing., 10719 Berlin; Gerbaulet, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 20354 Hamburg
DE-Aktenzeichen 3882953
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.12.1988
EP-Aktenzeichen 883120008
EP-Offenlegungsdatum 28.06.1989
EP date of grant 04.08.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse E21B 4/14

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Steuerventile für Erdbohrwerkzeuge und insbesondere ein Steuerventil, das in der Druckluftleitung von Schlagbohrwerkzeugen für Erdarbeiten verwendet wird, um die Druckluftzufuhr zum Bohrwerkzeug solange zu verhindern, bis ein gewünschter Leitungsdruck erreicht ist.

An bestimmten Stellen, wie beispielsweise unter Pflasterstraßen, in stark erschlossenen Gebieten, oder aber unter schwierigen Bedingungen für den Erdaushub kann es effizienter und weniger kostspielig sein, ein Bohrloch mit kleinem Durchmesser horizontal unter der Erdoberfläche zu bohren als einen Graben auszuheben, um darin Gas-, Telefon-, Wasser-, elektrische oder andere unterirdische Versorgungsleitungen zu installieren. Zu diesem Zweck steht eine Vielzahl von Bohrwerkzeugen zur Verfügung, einschließlich beweglicher Rotations-Bohrstangengeräte, Erdbohrgeräte, Gestängevorschubvorrichtungen und Druckluft- oder hydraulischer Schlagbohrwerkzeuge (auch bekannt als Tunnelschlagbohrgeräte), wobei letzteren durch einen biegsamen Schlauch Energie zugeführt wird.

Lenkbohrsysteme wurden zum Bohren eines relativ langen Bohrlochs (mehrere hundert oder tausend Fuß) entwickelt, die von einer Antriebseinheit des Bohrwerkzeugs mit einem kleinen Bohrgestell ausgehen und Teile eines Bohrgestänges oder eines biegsamen Schlauchs, ein Abwärts-Bohrwerkzeug oder einen "Maulwurf" mit einer Lenkung und Werkzeugführung aufweisen. Typischerweise werden die verschiedenen Funktionen des Bohrgestells hydraulisch gesteuert, während Druckluft durch das Bohrgestänge oder den Bohrschlauch und Schwenkvorrichtungen auf dem Bohrgestellwagen zum Abwärts- Bohrwerkzeug geleitet wird. Das Abwärts-Bohrwerkzeug kann ein Bohrmotor sein, der einen Bohrer zum Durchbohren von Gestein oder ein Schlagbohrgerät zum Erdbohren antreibt.

Da sich diese Abwärts-Bohrwerkzeuge vom Bohrgestell wegbewegen, wird das Bohrgestänge zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Bohrgestellwagen verlängert. Bei jedem Hinzufügen eines Anschlußstückes an das Bohrgestänge muß der Luftstrom zum Werkzeug unterbrochen und der Luftdruck aus dem Bohrgestänge abgelassen werden. Normalerweise erfolgt dies durch ein Schließ- oder Schaltventil am Wagen. Nachdem ein weiteres Anschlußstück mit dem Bohrgestänge verbunden ist, kann die Luftzufuhr zum Abwärts-Bohrwerkzeug beginnen. Das Bohrgestänge bildet somit beim Vorwärtsbewegen des Werkzeugs eine immer größer werdende Ausdehnungskammer. Ein ähnliches Problem tritt dort auf, wo der Maulwurf am Ende einer biegsamen Leitung oder eines Luftschlauchs betrieben wird, die bzw. der immer weiter verlängert wird, wenn der Maulwurf weiter in die Erde vordringt.

Die Ausdehnung der in das leere Bohrgestänge gelangenden Druckluft führt zu einer drastischen Verringerung des anfänglichen Luftdrucks und des zum Ingangsetzen des Werkzeugs verfügbaren Energiepotentials. Dieses Energiepotential baut sich aufgrund einer begrenzten oder feststehenden Kapazität zur Erzeugung von Druckluft, die in das verlängerte Bohrgestänge eindringt, langsam auf. Da die meisten Luftverdichter kleine Luftbehälter haben, wird die zum Füllen des Gestänges erforderliche Zeit mit zunehmender Länge und/oder zunehmendem Durchmesser immer länger. Baut sich der Druck im Innern des Maulwurfs langsam auf, entweicht der Druck über den Bohrhammer, und das Werkzeug wird nicht in Gang gesetzt.

Insbesondere das Schlagbohrwerkzeug erfordert aufgrund der Hammerträgheit, Innenreibung und Undichtheit zur Inbetriebnahme einen bestimmten Energieimpuls. Dies kann durch unwirksame Schmierung oder Frostbedingungen durch die Luftausdehnung innerhalb des Werkzeugs weiter verschärft werden. Bei kalter Luft kann in einem Schlagbohrgerät die Feuchtigkeit an den engen Dichtungsstellen einfrieren. Beim Abwärtsmotor können durch übermäßige Einwirkung auf den Bohrer ähnliche Schwierigkeiten auftreten. Die vorliegende Erfindung ist im Bohrgestänge oder im biegsamen Druckluftschlauch von Druckluft-Schlagbohrwerkzeugen installiert und ermöglicht einen sofortigen starken Druckluftstoß zum Abwärts- Schlagbohrwerkzeug, um dadurch die schwierigen Startbedingungen, wie sie z. B. durch die langen Bohrgestänge oder -schläuche, ein nasses Bohrloch oder Einfrierungen verursacht werden, zu überwinden.

Nach dem bekannten Stand der Technik gibt es mehrere Lenksysteme für Schlagbohrgeräte. Coyne et al., USA-Patent Nr. 3,525,405 offenbart eine Lenkung mit einem schrägen, ebenen Amboß, der über eine Kupplung kontinuierlich gedreht oder in einer bestimmten Lenkrichtung fest verriegelt werden kann. Chepurnoi et al., USA-Patent Nr. 3,952,813 offenbart eine Lenkung mit außeraxialem oder exzentrischem Hammer, wobei die Schlagstellung des Hammers durch ein Getriebe und einen Motor gesteuert wird. Gagen et al., USA-Patent Nr. 3,794,128 offenbart eine Lenkung mit einer feststehenden und einer drehbaren Schwanzflosse. Diese Patente schlagen allerdings kein zum Bohrwerkzeug gehörendes Steuerventil vor.

In den gemeinsam übertragenen USA-Patenten Nr. 4,632,191 und 4,694,913 wird eine Lenkung für Schlagbohrwerkzeuge zum winkligen oder im allgemeinen horizontalen Erdbohren offenbart. Sie umfaßt ein asymmetrisches Teil am Werkzeugamboß zum Erzeugen einer Drehkraft auf das Werkzeug und die beweglichen Schwanzflossen am hinteren Ende des Werkzeugs, die wahlweise so zum Werkzeugkörper eingestellt werden können, daß die Drehkraft nicht wirkt. Die Drehkraft kann auch durch einen exzentrischen Hammer an das Werkzeug angelegt werden, der einen außeraxialen Schlag an den Werkzeugamboß abgibt.

Es gibt mehrere Patente, die verschiedene Druck-Ventile aufweisen, von denen jedoch keines in der Druckluftleitung von Erd-Schlagbohrwerkzeugen verwendet wird oder die vorliegende Vorrichtung nutzt, um die Zufuhr von Druckluft zu einem Erd-Schlagbohrwerkzeug solange zu verhindern, bis ein gewünschter Leitungsdruck erreicht ist.

Mason, USA-Patent Nr. 3,180,433 offenbart ein Schlagwerkzeug mit einer Verriegelung, um das Ingangsetzen des Werkzeugs solange zu verhindern, bis eine vorbestimmte Geschwindkeit der Antriebsdruckluft vorliegt.

Jacobi, USA-Patent Nr. 2,276,979, Edman, USA-Patent Nr. 2,844,166 und Tennis, USA-Patent Nr. 2,848,014 offenbaren Ventile mit Druck-Verriegelungen, allerdings zum Steuern eines Druckluft-Erdbohrwerkzeugs.

In Artikeln auf Seite 18 der 1986er Herbstausgabe der (britischen) Zeitschrift MICROTUNNELING und auf Seite 18 der 1986er Juli-Ausgabe der (britischen) Zeitschrift UNDERGROUND wird ein Schlaghammer erwähnt, der ein an den Hammer angeschlossenes elektrisches Magnetventil aufweist, das manuell betätigt wird, um den zum ordnungsgemäßen Bewegen der Schlagvorrichtung erforderlichen Schlag oder Stoß zu erzeugen.

DE-A-2356804 zeigt ein Druckluft-Erdbohrwerkzeug mit einem Steuerventil auf, das sich automatisch öffnet, um die Druckluftströmung zum Werkzeug zu ermöglichen, wenn der Druck der Druckluftleitung am Werkzeug eine vorbestimmte Höhe erreicht, und sich bei niedrigerem Druck automatisch schließt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostenwirksames, lenkbares Horizontal-Bohrwerkzeug zum Erzeugen von Bohrlöchern mit kleinem Durchmesser zu schaffen, in denen Versorgungseinrichtungen, z. B. elektrische oder Telefonleitungen, Fernsehkabel, Gasverteilungsrohre oder dergleichen installiert werden können.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erdbohren zu schaffen, das ein Rohrleitungs- Steuerventil neben einem Druckluft-Erdbohrwerkzeug aufweist, das eine wiederholbare und nützliche Start- und Betriebsreaktion bietet und mit bereits vorhandenen Bohrausrüstungen und -verfahren kompatibel ist.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erdbohren geschaffen, die

ein Druckluft-Erdbohrwerkzeug (17) mit einem Einlaß zum Einleiten von Druckluft für das Betätigen des Werkzeugs;

Rohrleitungen (15), wobei ein Ende mit dem Werkzeug und das andere mit einer Druckluftquelle (19) verbunden werden kann;

das Werkzeug mit einer Erdbohreinrichtung (20) am einen Ende und einem sich hin- und herbewegenden Bohrhammer (53) im Werkzeug, mit dem eine Schlagkraft an die Erdbohreinrichtung angelegt wird; und

eine Ventilvorrichtung (70) in der Rohrleitung umfaßt, die hauptsächlich neben dem Werkzeug zwischen diesem und der Druckluftquelle angebracht ist und die Druckluftströmung durch die Rohrleitung zum Werkzeug steuert;

wobei die Ventile Druckluftventile (91 : 200) einschließen, die sich in Abhängigkeit vom Druck der Luft in der Rohrleitung öffnen, um die Druckluftströmung zum Werkzeug nur dann zu gestatten, wenn in der Rohrleitung ein vorbestimmter Betriebsdruck erreicht ist, so daß ein Druckluft- Anfangsstoß zum Inbetriebsetzen des Bohrhammers übertragen wird; und

wobei das Druckluftventil bei einem niedrigeren vorbestimmten Druck in der Rohrleitung, als zum Öffnen desselben erforderlich ist, geöffnet bleibt, das Werkzeug durch ein zweites, ein Innenventil (36) gekennzeichnet ist, mit dem die Druckluftzufuhr vom einem Ende des Bohrhammers zum anderen umgeschaltet wird und das ständig an die Druckluft angeschlossen ist, um den Bohrhammer kontinuierlich hin- und herzubewegen, wobei das Druckluftventil unabhängig von der Stellung des Bohrhammers im Werkzeug arbeitet und der Bohrhammer durch die fortgesetzte Druckluftzufuhr und das Innenventil weiterhin betätigt wird.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erdbohren geschaffen, das:

die Bereitstellung eines Druckluft-Erdbohrwerkzeugs (17) mit einem Einlaß zum Einleiten von Druckluft für das Betätigen des Werkzeugs; und

eine Druckluftquelle (19) und eine Rohrleitung vom Werkzeugeinlaß zur Druckluftquelle aufweist;

wobei das Werkzeug eine Erdbohreinrichtung (20) an einem Ende und einen sich hin- und herbewegenden Bohrhammer (53) im Werkzeug aufweist, so daß bei Druckluftzufuhr eine Schlagkraft an die Erdbohreinrichtung angelegt wird;

wobei Druckluft zum Werkzeug geleitet wird, um den Bohrhammer zu betätigen; und

die Zufuhr von Druckluft zum Werkzeug automatisch solange eingeschränkt wird, bis der Luftdruck in der Rohrleitung neben dem Bohrhammer eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, so daß die anfängliche Druckluftzufuhr von der Rohrleitung zum Bohrhammer wie ein Druckluftstoß die Hammerbewegung in Gang setzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein zweites, ein Innenventil (36) aufweist, mit dem die Druckluftzufuhr von einem Ende des Bohrhammers zum anderen Ende umgeschaltet wird und das ständig an die Druckluft angeschlossen ist, so daß der Bohrhammer kontinuierlich hin- und herbewegt wird, wobei das Druckluftventil unabhängig von der Stellung des Bohrhammers im Werkzeug arbeitet und der Bohrhammer durch die fortgesetzte Druckluftzufuhr und das Innenventil weiterhin betätigt wird.

Weitere Ziele der Erfindung werden im weiteren durch die Spezifikation und die Ansprüche deutlich werden. Der Geltungsbereich der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, teilweise in Schnittdarstellung, einer horizontalen Bohrung von einem Bohrschacht mit Bohrgestell.

Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung, teilweise in Schnittdarstellung, einer horizontalen Bohrung von einem Bohrgestell an der Oberfläche.

Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung, teilweise in Schnittdarstellung, einer horizontalen Bohrung von einem Bohrschacht mit Bohrgestell, wobei ein Maulwurf auf einem hohlen, durch das Gestell angetriebenen Bohrgestänge befestigt ist.

Fig. 4 ist eine schematische Zeichnung, teilweise in Schnittdarstellung, einer horizontalen Bohrung von einem Bohrschacht, wobei ein Bohrteil auf einem biegsamen Druckluftschlauch befestigt ist.

Fig. 5 ist eine genauere schematische Darstellung des Bohrgestells und des Maulwurfs aus Fig. 3.

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des Verbindungsteils zum Anbringen des Maulwurfs auf dem hohlen Bohrgestänge für die Aufnahme der Abluft aus dem Maulwurf.

Fig. 7A und 7B sind Längsschnitte des vorderen und hinteren Teils des Maulwurfs.

Fig. 8A und 8B sind Längsschnitte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils in geschlossener und geöffneter Stellung, das an jeder beliebigen Stelle des Bohrgestänges installiert werden kann.

Fig. 9A und 9B sind Längsschnitte einer Variante der Ausführungsform des Steuerventils aus den Fig. 8A und 8B in geschlossener und geöffneter Stellung, das in einer Bohrgestängeverbindung installiert werden kann.

Fig. 10A und 10B sind Längsschnitte einer anderen Variante des Steuerventils in geschlossener und geöffneter Stellung, das in einer biegsamen Druckluft-Schlauchleitung installiert werden kann.

Fig. 11 ist ein Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des Steuerventils.

Fig. 12 ist ein Querschnitt der Ausführungsform aus Fig. 11 mit einer vorgesteuerten Auslösekolben-Vorrichtung.

Fig. 13 ist ein Querschnitt der Ausführungsform aus Fig. 11 mit einer federgespannten Kugel-Auslösekolben- Vorrichtung.

Die Zeichnungen, insbesondere die Fig. 1 und 2 sind schematische Senkrechtschnittdarstellungen von zwei Vorrichtungen zum Bohren langer, horizontaler Bohrlöcher für Versorgungsleitungen.

In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des langen, horizontalen Bohrens von einem Startbohrschacht und unter Verwendung von Bohrgestängeabschnitten oder -anschlußteilen. Hier wird ein Startbohrschacht P gezeigt, in dem sich ein Bohrgestell und eine Bohrvorrichtung 10 zum Bohren eines horizontalen Bohrloches entlang der Bohrlinie 11 zu einem Ausgangsbohrschacht P' befindet. Das Bohrloch 11 verläuft, wie dargestellt, unter einer Vielzahl von Gebäuden B.

In Fig. 2 wird eine andere Variante des Horizontalbohrens, allerdings mit einer Schrägbohrtechnik, aufgezeigt. Das Bohrgestell 10 ist dabei winklig zur Erde angebracht, so daß die Bohrung winklig in die Erde eindringt, eine bogenförmige Bahn 12 einschlägt und am Austritt 13, jenseits der Hindernisse, unter denen die Bohrung angelegt wurde, aus der Erde aufsteigt. In Fig. 2 verläuft das Bohrloch 12 unter den allgemein mit 0 gekennzeichneten Hindernissen, wie z. B. einer Windmühle, einem See oder Fluß und/oder einem Gebäude. In beiden Varianten werden die Versogungsrohre oder -leitungen, die in die Bohrungen eingebracht werden, jenseits der Hindernisse mit Gräben verbunden, wo das Ausheben von Gräben zum Verlegen von Rohren oder Leitungen möglicherweise wirtschaftlicher ist.

In Fig. 3 befindet sich unterhalb der Erdoberfläche S ein Startbohrschacht P auf der einen Seite eines Hindernisses, wie z. B. eines Straßenunterbaus R, unter dem die Bohrung für Versorgungsleitungen ausgeführt werden soll. Das Bohrgestell R1 ist in dem Startbohrschacht P auf Führungsbahnen 14 schematisch dargestellt. Das Gestell R1 ist ähnlich wie Senkrecht-Bohrgestelle aufgebaut, bewegt sich zum Anlegen der Bohrschubkraft allerdings auf Führungsbahnen 14.

Das Bohrgestell R1 kann Teile des Bohrgestänges 15 halten und bewegen und ermöglicht das Anfügen zusätzlicher Gestängeteile während des Bohrens durch die Erde. Es weist herkömmliche Steuervorrichtungen auf, dargestellt durch den Steuerknüppel 16 auf dem Bedienpult. Das Bohrgestänge 15 trägt an seinem Ende einen Maulwurf 17 zum Bohren eines horizontalen Borlochs 18 durch die Erde. Der Maulwurf 17 ist ein Druckluft-Tunnelbohrgerät und kann wie im USA-Patent Nr. 4,632,191 oder 4,694,913 aufgebaut sein.

Das Bohrgestänge 15 ist hohl und mit einer Druckluftquelle 19 verbunden. Von dort wird Druckluft durch das hohle Bohrgestänge 15 zum Druckluft-Maulwurf 17 geleitet, der einen Bohrhammer (nicht dargestellt) betätigt, der auf ein äußeres Bohrelement 20 einschlägt. In einer Ausführungsform ist ein "Bohrstangenschloß"-Steuerventil V am Ende des Maulwurfs 17 zwischen zwei Anschlußstücken des Bohrgestänges angebracht. Das "Bohrstangenschloß"-Ventil V verwendet ein Verbindungsstück als Teil der Ventilvorrichtung und kann an jeder gewünschten Stelle im Bohrgestänge installiert werden. Wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, kann ein abgeändertes Steuerventil oder ein "Patronen"-Ventil V' im Innern des Bohrgestänges an der Schraubverbindung zweier Gestängeanschlußstücke eingesetzt werden. Durch das "Patronen"- Ventil ist kein Verbindungsstück zu den Bohrstangenschlössern mehr erforderlich, da die Patrone nachträglich in ein Bohrstangenschloß eingebaut werden kann. Das Patronenventil V' ermöglicht ein rasches Auswechseln der Ventilvorrichtung, indem einfach die Patronen ausgetauscht werden. Die Steuerventile werden nachstehend dargestellt und genau beschrieben.

Der Maulwurf 17 kann ein Verbindungsstück 21, das den Maulwurf so mit der hohlen Bohrstange 15 verbindet, wie im USA-Patent Nr. 4,694,913 aufgezeigt, oder eine andere Konstruktion zum Lufteinlassen und -ablassen aufweisen. Das verwendete Verbindungsstück ist für die Erfindung nicht ausschlaggebend und das eine dargestellte dient nur der Veranschaulichung. Das Verbindungsstück 21 ist in Fig. 6 genau dargestellt und weist eine Vielzahl von Öffnungen für den Luftaustritt aus dem Maulwurf 17 zurück in das Bohrloch 18 hinter dem Maulwurf auf.

Der asymmetrische Aufbau des Bohrelements 20 lenkt den Maulwurf von einer geraden Bahn ab, wodurch er eine kontinuierliche Kurvenbahn einschlägt. Dies ermöglicht den Einsatz eines Werkzeugs zum Bohren schräger Bohrlöcher entlang einer bogenförmigen Bahn, wie in Fig. 2 gezeigt, auch dort, wo ein gerades Bohrloch gebohrt werden muß und an einer bestimmten Stelle der Maulwurf auf eine gewählte Kurvenbahn abweichen darf, um aus dem Erdinnern an die Oberfläche zu gelangen.

Das Bohrgestell R1 weist eine Vorrichtung nicht nur zum Vorwärtsbewegen des Stützgestänges 15 und des Maulwurfs 17, sondern auch zum Drehen derselben auf. Wenn das Bohrgestell R1 das Gestänge 15 und den Maulwurf dreht, wird die winklige Bohrfläche des Bohrelements 20 rotiert, und das Werkzeug kann sich geradlinig bewegen. Eigentlich bewegt sich das Werkzeug nicht vollkommen geradlinig, sondern eher in Form einer sehr engen Spirale, die im wesentlichen eine gerade Linie bildet.

Weitere bekannte Vorrichtungen zum Ablenken eines Bohrers oder eines anderen Bohrelements können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. ein asymmetrischer Hammer im Bohrwerkzeug, Ablenkunterlangen auf einem Hammer im Bohrloch oder ein gebogenes Verbindungsstück mit einem Hammer im Bohrloch. Wenn das geradlinige Bohren nicht erforderlich ist, d. h. wenn ledigiglich das Bohren auf einer gekrümmten Bahn gewünscht wird, können die Rotationsvorrichtungen des Hammers oder des Bohrelements auch weggelassen werden.

Fig. 4 zeigt eine andere Anlage, bei der der Maulwurf 17 am Ende einer biegsamen Druckluftleitung montiert ist, die vom Startbohrschacht P angetrieben wird. Hier gibt es kein Bohrgestell. Druckluft aus der Druckluftquelle 19 wird durch den biegsamen Schlauch H zum Druckluft-Maulwurf 17 geleitet. Ein "Verbindungs"-Steuerventil V' mit Schlaucharmaturen an beiden Enden ist am hinteren Ende des Maulwurfs 17 in der Schlauchleitung installiert.

In Fig. 5 sind einige zusätzliche Details der Erdbohrvorrichtung dargestellt. Darin wird deutlich, daß das Bohrgestell R auf Führungsbahnen 14 montiert ist und einen Motor 23 oder andere Einrichtungen, wie Hydrozylinder, zum Vorwärtsbewegen des Gestell-Bedienpults 24 auf einer Bahn, und auch einen Motor zum Drehen des hohlen Bohrgestänges 15 aufweist. Das Bedienpult 24 hat Steuerknüppel 16, mit denen das Bedienpult auf den Führungsbahnen 14 vorwärtsbewegt und auch wahlweise das Bohrgestänge 15 gedreht oder in einer nichtdrehenden Stellung belassen werden kann. Das Bohrgestell R1 hat die üblichen Eigenschaften eines unversenkten Bohrgestells, bei dem nachfolgende Teile an das Bohrgestänge 15 angefügt erden können, während sich der Maulwurf durch die Erde bewegt.

In Fig. 6 sind Details eines Verbindungsstücks 21 dargestellt, das das Gehäuse des Maulwurfs 17 mit dem hohlen Bohrgestänge 15 verbindet. Das hier verwendete Verbindungsstück ist für die Erfindung nicht ausschlaggebend, und das eine hier dargestellte dient lediglich der Veranschaulichung. Es umfaßt einen rohrförmigen Körper 27 mit kleineren, rohrförmigen Erweiterungen 28 und 29 an den gegenüberliegenden Enden. Die Erweiterungen 28 und 29 passen in das offene hintere Gehäuseende des Maulwurfs 17 bzw. das vordere Ende des Bohrgestänges 15. Dabei kann die Erweiterung 29 auch in das vordere Ende eines biegsamen Schlauchs eingepaßt oder ein Paßstück (nicht dargestellt) zu diesem Zweck zwischen beiden installiert werden.

Das Körper-Hauptteil 17 hat eine vergrößerte Bohrung 30, die ein zylindrisches Stützteil 31 mit einer Mittelbohrung 32 und einer Vielzahl von Luftdurchtritten 33 aufnimmt. Das Stützteil 31 hält das rohrförmige Teil 34 in der Mittelbohrung 32. Das rohrförmige Teil 34 mündet in einen angeflanschten Endbereich 35, der ein ringförmiges Absperrventil 36 trägt, das normalerweise zur Ventilfläche 37 geschlossen ist. Ein weiteres rohrförmiges Teil 38 wird in der rohrförmigen Erweiterung 29 gehalten und ist durch einen O-Ring 39 gegen das Ausströmen von Druckluft abgedichtet.

Das rohrförmige Teil 38 nimmt den Endbereich mit vermindertem Durchmesser 40 eines rohrförmigen Teils 41 auf, das sich in das Gehäuse des Maulwurfs 17 erstreckt, um Luft zum Betätigen des Bohrhammers in den Maulwurf einzuleiten. Dieses Verbindungsstück leitet Druckluft aus dem Bohrgestänge 15 oder dem Schlauch H durch den Einlaß 42 zum rohrförmigen Teil 38 und legt durch die Bohrung 43 des rohrförmigen Teils 41 eine Schlagkraft an das Bohrelement 20 an. Die verbrauchte Luft vom Betätigen des Bohrhammers gelangt vom Gehäuse des Maulwurfs 17 durch den Durchlaß 44, die Durchtritte 33 und das Stützteil 31, vorbei am Absperrventil 36 durch die Auslaßöffnungen 21 nach außen.

Die Fig. 7A und 7B sind Längsschnitte des in den Fig. 3-5 dargestellten Maulwurfs 17, im wesentlichen wie in den USA-Patenten Nr. 4,632,191 und 4,694,913 gezeigt. Hierbei umfaßt der Maulwurf 17 ein hohles, zylindrisches Gehäuse bzw. den Körper 45. Das äußere vordere Ende des Gehäuses 45 verjüngt sich nach innen und bildet einen konischen Bereich 46. Der Innendurchmesser des Gehäuses 45 verjüngt sich vorn nach innen und bildet eine konische Fläche 47, die in einen verminderten Durchmesser 48 mündet, der sich längs vom vorderen Ende nach innen erstreckt. Das hintere Ende des Gehäuses 45 hat ein Innengewinde zum Aufnehmen des Verbindungsstücks 21.

Ein Amboß 49 mit einem konischen Bereich 50 hinten und einem verlängerten zylindrischen Bereich 51 vorn befindet sich im vorderen Ende des Gehäuses 45. Der konische hintere Bereich 50 des Amboß 49 sitzt fest auf der konischen Fläche 47 des Gehäuses 45, und der verlängerte zylindrische Bereich 51 reicht eine vorbestimmte Entfernung über das vordere Ende des Gehäuses hinaus. Eine flache Querfläche 52 am hinteren Ende des Amboß 49 nimmt den Schlag eines sich hin- und herbewegenden Bohrhammers 53 auf. Das vordere Gehäuseende kann ebenfalls als Amboß - ohne einen gesonderten Amboß - genutzt werden, wobei das Lenk- und Bohrteil abnehmbar mit der Außenseite des Gehäuses verbunden ist.

Der sich hin- und herbewegende Bohrhammer 53 ist ein längliches zylindrisches Teil, das gleitend in der zylindrischen Vertiefung 54 des Gehäuses 45 aufgenommen wird. Ein wesentlicher Bereich des Außendurchmesser des Bohrhammers 53 ist kleiner als die Vertiefung 54 im Gehäuse 45, und bildet eine ringförmige Kammer 55. Ein im Verhältnis kürzerer Bereich 56 am hinteren Ende des Bohrhammers 53 hat einen Durchmesser, der ein Gleiten auf der Innenwand der Vertiefung 54 des Gehäuses 45 ermöglicht.

Eine Mittelkammer 57 erstreckt sich längs vom hinteren Ende des Bohrhammers 53 nach innen. Die zylindrische Hülse 58 gleitet in der Kammer 57. Die Stirnfläche 59 des Bohrhammers 53 gibt einen mittigen Schlag auf die flache Oberfläche 52 des Amboß 49 ab. Es dürfte klar sein, daß mit einem Bohrhammer auch eine exzentrische Schlagkraft auf den Amboß abgegeben werden kann.

Luftdurchtritte 60 in der Seitenwand des Bohrhammers 53, die innen an den kürzeren hinteren Bereich 56 angrenzen, verbinden die Mittelkammer 57 mit der ringförmigen Kammer 55. Das Luftverteilrohr 41 erstreckt sich mittig durch die Hülse 58, und sein hinteres Ende ist durch das Verbindungsstück 21 mit dem Stützgestänge 15 verbunden, wodurch ein Durchlaß zum Lufteinleiten aus dem Gestänge zum Werkzeug geschaffen wird. Zum Hin- und Herbewegen des Bohrhammers ist das Luftverteilrohr 41 durch die Durchtritte 60 und die Hülse 58 ständig an eine Druckluftquelle angeschlossen, so daß während des Hin- und Herbewegens des Bohrhammers 53 das Luftverteilrohr 41 die ringförmige Kammer 55 abwechselnd mit der Mittelkammer 57 oder der Atmosphäre verbindet.

Eine zylindrische Arretierung 61 (Teil des Verbindungsstücks 21) ist in der Vertiefung 54 des Gehäuses 45 nahe des hinteren Endes befestigt und weist eine Reihe auf dem Umfang beabstandeter Längsdurchtritte 62 zum Ablassen der Luft aus dem Gehäuseinneren 28 an die Atmosphäre sowie einen Mitteldurchlaß auf, durch den das Luftverteilrohr 41 verläuft. Die abgeschrägte Nase 20 (andere asymmetrische Nasen oder Entsprechungen können ebenfalls verwendet werden) hat einen zylindrisch ausgesparten Bereich 63 mit einer zylindrischen Mittelbohrung 64, der im zylindrischen Teil 51 des Amboß 49 aufgenommen wird (Fig. 7A). Die Nase 20 ist durch geeignete Mittel, wie durch Schrauben 65, am Ende des Amboßteils 51 anzubringen.

Die Seitenwand der Nase 20 erstreckt sich vom zylindrischen Bereich 63 nach vorn, und eine Seite ist abgefräst und bildet so eine geneigte Fläche 66, die am verlängerten Ende spitz zuläuft. Die Neigungslänge und der -winkel können je nach der Anwendung unterschiedlich sein.

Es gibt mehrere Abwärts-Steuerventile, die zusammen mit dem oben beschriebenen Bohrwerkzeug oder anderen Druckluft- Bohrwerkzeugen verwendet werden. Das Steuerventil befindet sich im Bohrgestänge, im biegsamen Luftschlauch oder der Rohrleitung im allgemeinen neben dem Erbohrwerkzeug, um die Einleitung von Luft zum Werkzeug zu steuern und die Betätigung des Werkzeugs solange zu verhindern, bis der Rohrleitungsdruck eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, es bleibt bei einem niedrigeren Druck offen und schließt sich beim starken Nachlassen des Drucks.

In den Fig 8A und 8B wird ein "Bohrstangenschloß"- Steuerventil 70 in geschlossener (Fig. 8A) bzw. offener Stellung (Fig. 8B) dargestellt. Das "Bohrstangenschloß"- Steuerventil 70 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse oder den Ventilkörper 71 mit einem Außengewinde 72 am einen Ende, einem Innengewinde 73 am gegenüberliegenden Ende und einer kleineren Längsbohrung 74 in der Mitte. Eine vergrößerte, glatte Bohrung 75 erstreckt sich innen vom Ende mit Außengewinde und grenzt einen flachen Ansatz 75a zwischen den Bohrungen 74 und 75 ab. Ein Kegel an der Verbindungsstelle der Bohrung 74 mit dem flachen Ansatz bildet die Ventilsitzfläche 76. Der untere Bereich der vergrößerten Bohrung 75 hat bei 77 eine Schulterbohrung und grenzt einen Ansatz 78 ab. Eine Ringnut 79 befindet sich in der Seitenwand der Schulterbohrung 77 zwischen dem Gehäuseende und dem konischen Ansatz 78. Austrittsöffnungen 80 verlaufen durch die Seitenwand des Gehäuses 71 und verbinden die vergrößerte Bohrung 75 mit der Atmosphäre.

Eine zylindrische Federsicherung und Ventilführung 81 hat einen ersten Außendurchmesser 82 und einen vergrößerten Durchmesser 83 am einen Ende, zwischen denen ein Ansatz 84 abgegrenzt wird, und eine glatte Längsbohrung 85 in der Mitte. Die Führung 81 paßt gleitend in die vergrößerte Bohrung 75' und die Schulterbohrung 77 des Gehäuses paßt auf den Ansatz 78, der an den Ansatz 84 stößt, und ist darin mit einem Sprengring 86 lösbar befestigt. Eine ringförmige Nut 87 und eine O-Ringdichtung 88 befinden sich auf dem ersten Außendurchmesser 82 und bilden eine Dichtung zwischen der Bohrung 75 und der Führung 81. Eine ringförmige Nut 89 und eine O-Ringdichtung 90 auf der Innenbohrung 85 dichten eine Führungserweiterung auf einem Kolbenventil, wie nachstehend beschrieben, ab.

Ein Kolbenventil 91 gleitet in der vergrößerten, glatten Bohrung 75. Es umfaßt einen hohlen, rohrförmigen Körper 92, der an einem Ende geschlossen ist, einen größeren Außendurchmesser 93 und die verminderten Durchmesser 94 und 94a an den gegenüberliegenden Enden, die den oberen flachen Ansatz 95 und den unteren Ansatz 96 abgrenzen. Eine mittige Längsbohrung 97 verläuft vom offenen Ende nach innen und mündet in das geschlossene. Der verminderte Durchmesser 94a bildet eine Ventilführungserweiterung, die in der Bohrung 85 des Führungsteils 81 führend hin- und hergleitet, wobei ein O-Ring 90 dazwischen eine Dichtung bildet.

Der vergrößerte Durchmesser 93 des Kolbenkörpers 92 gleitet in der vergrößerten Bohrung 75 des Ventilgehäuses 71 hin und her. Eine ringförmige Nut 98 und eine O-Ringdichtung 99 auf dem vergrößerten Durchmesser 93 bildet eine Dichtung zwischen der glatten, vergrößerten Bohrung 75 und dem Äußeren des Kolbenkörpers. Öffnungen 100 durch die Seitenwand des Kolbenkörpers 92 verbinden das Kolbeninnere mit der Bohrung 75 des Ventilgehäuses. Das Ende des Kolbens bildet ein konisches Ventil 101, das in geschlossener Stellung auf der konischen Ventilsitzfläche 76, wie in Fig. 8A dargestellt, aufsitzt.

Eine Schraubenfeder 102 umgibt den verminderten Durchmesser 94a des Kolbenkörpers 92 und wird zwischen dem vorderen Ende der Führung 81 und dem Kolbenventilansatz 96 zusammengedrückt, um normalerweise das konische Ventil 101 auf der Ventilsitzfläche 76 des Ventilgehäuses in eine geschlossene Stellung zu bringen.

Da das Ventilgehäuse dieser Ausführungsform im wesentlichen ein Verbindungsstück ist, kann es an jeder gewünschten Stelle im Bohrgestänge angebracht werden. Diese Ausführungsform ist im Hinblick auf die Größe oder Konstruktion des verwendeten Bohrstangenschlosses nicht eingeschränkt und ist auf die verschiedensten Bohrgestänge anwendbar.

In den Fig. 9A und 9B ist eine andere Ausführungsform des Steuerventils, hier als das "Patronen"-Steuerventil bezeichnet, in geschlossener bzw. geöffneter Stellung dargestellt. Einige Teile des "Patronen"-Ventils sind mit den zuvor beschriebenen identisch und werden mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die zuvor beschriebene "Bohrstangenschloß"-Ausführungsform verwendet das Verbindungsstück als Teil der Ventilvorrichtung während das "Patronen"-Ventil eine herausnehmbare Ventilvorrichtung ist, die in eine Bohrung im Bohrgestänge an der Schraubverbindung eingesetzt wird.

Die "Patronen"-Ventilvorrichtung 103 umfaßt ein Gehäuse mit einem oberen hohlen, zylindrischen Bereich 104 mit einer Stirnwand 105 und eine am gegenüberliegenden Ende eingebrachte zylindrische Führungsbuchse 106. Eine Mittelbohrung 107 verläuft durch die obere Wand 105 und bildet eine Ventilöffnung. Eine vergrößerte, glatte Bohrung 108 geht in einiger Entfernung vom offenen Ende des oberen Teils 104 aus und grenzt einen Ansatz 105a zwischen den Bohrungen 107 und 108 ab. Ein konischer Übergang an der Verbindungsstelle zwischen der Bohrung 107 und dem Ansatz bildet den Ventilsitz 109.

Die Außenseite der Führungsbuchse 106 hat einen ersten Durchmesser 110, einen zweiten, einen Zwischendurchmesser 111, der größer als der erste ist und dazwischen einen flachen Ansatz 112 bildet, und einen dritten Durchmesser 113, der größer als der zweite ist und dazwischen einen Ansatz 114 bildet. Eine mittige, glatte Längsbohrung 115 verläuft durch die Buchse 106. Der erste Durchmesser 110 gleitet in der vergrößerten Bohrung 108 des oberen Teils 104. Der zweite Durchmesser 111 gleicht im wesentlichen dem Außendurchmesser des oberen Teils 104, und der Ansatz 112 bildet eine Absperrung gegenüber dem offenen Ende des oberen Teils. Hohle, herausnehmbare Haltestifte 116 in den Bohrlöchern 117 in der Seitenwand des oberen Teils 104 und die ausgerichteten Bohrungen 118 in der Seitenwand der Buchse halten das obere Teil 104 und die Buchse 106 zusammen, wobei sie auch voneinander gelöst werden können.

Der zweite Durchmesser 111 der Buchse 106 und der Außendurchmesser des oberen Teils 104 sind beide geringfügig kleiner als die Bohrung 119 eines standardmäßigen Bohrstangenschlosses 15 und werden in ihr aufgenommen. Der dritte Durchmesser 113 der Buchse 106 ist größer als die Bohrung 119 des Bohrstangenschlosses, und der Ansatz 114 dient als Absperrglied gegenüber dem offenen Ende des standarmäßigen Bohrgestängeteils mit dem Außengewinde. Die "Patronen"- oder zusammengesetzte Buchse 106 und das obere Teil 104 passen in die Bohrung 119 des Bohrstangenschlosses, und der dritte Durchmesser 113 der Buchse reicht ein kurzes Stück über das Ende des Bohrstangenschlosses mit dem Außengewinde hinaus. Der Buchsendurchmesser 113 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des Gewindeauslaufs des Innengewindes 120, in das das Bohrstangenschloß mit dem "Patronen"-Ventil eingeschraubt wird. So wird das "Patronen"-Steuerventil an der Gewindeverbindung im Rohrgestänge befestigt.

Eine erste Dichtung mit einer ringförmigen Nut 121 und einer O-Ringdichtung 122 auf dem Außendurchmesser des oberen Teils 104 und eine zweite Dichtung mit einer ringförmigen Nut 87 und einer O-Ringdichtung 88 auf dem zweiten Durchmesser 111 der Buchse 106 bilden die obere und untere Druckluftabdichtung zwischen der Bohrstangenschloß-Bohrung 119 und der Außenseite der Patrone. Eine dritte Dichtung mit einer ringförmigen Nut 89 und einer O-Ringdichtung 90 auf der Längsbohrung 115 der Buchse 106 dichten die Bohrung 119 des Bohrstangenschlosses 15 ab. Axial ausgerichtete Austrittsöffnungen 123 und 124 verlaufen durch die Seitenwand des Bohrstangenschlosses 15 bzw. des oberen Teils 104 und verbinden so die Bohrung 108 im oberen Teil mit der Atmosphäre an einer Stelle zwischen den Dichtungen 88 und 99.

Ein Kolbenventil 91 ist gleitend in der vergrößerten, glatten Bohrung 109 angebracht. Das Kolbenventil 91 umfaßt einen hohlen, rohrförmigen Körper 92, der an einem Ende geschlossen ist, einen größeren Außendurchmesser 93 und verminderte Durchmesser 94 und 94a an den gegenüberliegenden Enden, die einen flachen oberen Ansatz 95 und einen unteren Ansatz 96 abgrenzen. Eine mittige Längsbohrung 97 geht innen vom offenen Ende aus und mündet in das geschlossene Ende 98. Der verminderte Durchmesser 94a bildet eine Ventilführungserweiterung, die in der Bohrung 115 der Buchse 106 führend hin- und hergleitet, wobei der O-Ring 90 dazwischen eine Dichtung bildet.

Der vergrößerte Durchmesser 93 des Kolbenkörpers 92 gleitet in der vergrößerten Bohrung 108 des Ventilkörpers 104 hin und her. Eine ringförmige Nut 98 und eine O-Ringdichtung 99 auf dem größeren Durchmesser 93 dichten die glatte, vergrößerte Bohrung 108 und die Außenseite des Kolbenkörpers ab. Öffnungen 100 durch die Seitenwand des Kolbenkörpers 92 verbinden das Kolbeninnere mit der Bohrung 108 im Ventilkörper. Das Kolbenende bildet ein konisches Ventil 101, das in geschlossener Stellung auf der konischen Ventilsitzfläche 76 aufsitzt, wie in Fig. 9A dargestellt.

Eine Schraubenfeder 102 umgibt den verminderten Durchmesser 94a des Kolbenkörpers 92 und wird zwischen dem vorderen Ende der Führungsbuchse 106 und dem Kolbenventilansatz 96 zusammengedrückt, um normalerweise das konische Ventil 101 in eine geschlossene Stellung gegenüber der konischen Ventilsitzfläche 109 des Ventilkörpers 104 zu bringen.

Die Ausführungsform des "Patronen"-Steuerventils macht das Verbindungsstück mit Bohrstangenschlössern überflüssig, da die Patrone nachträglich in ein Bohrstangenschloß des Bohrgestänges eingesetzt werden kann. Das Patronen-Modell ermöglicht einen schnellen Austausch der Ventilvorrichtung, indem die Patronen einfach ausgetauscht werden.

Wie in den Fig. 10A und 10B aufgezeigt, kann eine weitere Ausführungsform des Steuerventils bei Werkzeugen mit biegsamen Luftschläuchen verwendet werden, die nachfolgend als "Verbindungs"-Steuerventil bezeichnet wird. Auch hier sind die grundlegenden Merkmale im wesentlichen gleich, der Unterschied besteht allerdings in einem kleineren Außendurchmesser und in für Schläuche geeigneten Armaturen anstelle von Bohrstangenschlössern. Teile des "Verbindungs"- Ventils, die mit den zuvor beschriebenen identisch sind, werden mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Die "Verbindungs"-Ventilvorrichtung 125 umfaßt ein Ventilgehäuse mit einem oberen hohlen, zylindrischen Bereich 126, der am einen Ende ein Außengewinde 127 zur Schlauchverbindung und ein Innengewinde 128 am gegenüberliegenden Ende hat, in das ein unterer zylindrischer Bereich bzw. die Führungsbuchse 130 eingeschraubt wird. Eine Längsbohrung 131 verläuft durch das Ende mit Außengewinde 127, und eine vergrößerte, glatte Bohrung 132 geht innen in einiger Entfernung vom Ende mit Innengewinde 128 des oberen Bereichs 126 aus und grenzt einen Ansatz 131a zwischen den Bohrungen 131 und 132 ab. Ein konisches Übergangsstück an der Verbindungsstelle zwischen der Bohrung 131 und dem Ansatz 131a bildet einen Ventilsitz 133.

Die Führungsbuchse 130 des Ventilgehäuses hat einen oberen Bereich 134 mit Außengewinde 135 zum Ineinanderfügen mit dem oberen Gewinde 128 und einen zweiten Bereich 136, der größer ist als der erste und dazwischen einen flachen Ansatz 137 bildet. Das andere Ende der Führungsbuchse 130 weist einen verminderten Durchmesser mit Außengewinde 138 zur Schlauchverbindung auf. Eine mittige, glatte Längsbohrung 139 verläuft durch das eine Ende der Buchse 130, und eine vergrößerte Bohrung 140 geht innen vom entgegengesetzten Ende aus und bildet dazwischen einen Ansatz 141.

Der Endbereich 134 der Buchse 130 gleitet in der vergrößerten Bohrung 132 des oberen Gehäuseteils 126, wenn die Gewinde 128 und 135 verschraubt sind, und der flache Ansatz 137 dient als Absperrglied gegenüber dem offenen Ende des oberen Gehäuseteils 126. Somit sind das obere Teil 126 und die Anschlußbuchse 130 durch Gewindeverschraubung voneinander lösbar verbunden. Eine ringförmige Nut 89 und eine O-Ringdichtung 90 auf der Bohrung 140 der Führungsbuchse 130 dichtet das Kolbenventil wie nachstehend beschrieben ab. Die Austrittsöffnungen 142 verlaufen durch die Seitenwand des oberen Gehäusebereichs 126 und stellen die Verbindung zur Atmosphäre her.

Ein Kolbenventil 91 ist gleitend in einer vergrößerten, glatten Bohrung 132 des oberen Gehäusebereichs 126 angebracht und umfaßt einen hohlen rohrförmigen Körper 92, der an einem Ende geschlossen ist, einen größeren Außendurchmesser 93 und verminderte Durchmesser 94 und 94a an dessen gegenüberliegenden Enden, so daß ein flacher oberer Ansatz 95 und ein unterer Ansatz 96 abgegrenzt wird. Eine mittige Längsbohrung 97 geht innen vom offenen Ende aus und mündet in das geschlossene Ende 98. Der verminderte Durchmesser 94a bildet eine Ventilführungserweiterung, die in der Bohrung 140 hin- und hergleitet, wobei der O-Ring 90 dazwischen eine Dichtung bildet

Der größere Durchmesser 93 des Kolbenkörpers 92 gleitet in der vergrößerten Bohrung 132 des Ventilkörpers 126 hin und her. Eine ringförmige Nut 98 und eine O-Ringdichtung 99 auf dem größeren Durchmesser 93 bildet eine Dichtung zwischen der glatten, vergrößerten Bohrung 132 und der Außenseite des Kolbenkörpers. Öffnungen 100 durch die Seitenwand des Kolbenkörpers 92 verbinden das Kolbeninnere mit der Kolbenkörperbohrung 132. Das Ende des Kolbens ist ein konisches Ventil 101, das in geschlossener Stellung auf der konischen Ventilsitzfläche 133 aufsitzt, wie in Fig. 10A dargestellt

Eine Schraubenfeder 102 umgibt den verminderten Durchmesser 94a des Kolbenkörpers 92 und wird zwischen dem oberen Ende der Führungsbuchse 130 und dem Kolbenventilansatz 96 zusammengedrückt, wodurch das konische Ventil 101 normalerweise auf der konischen Ventilsitzfläche 133 des Ventilkörpers 126 in eine geschlossene Stellung gebracht wird.

Unter Einwirkung von Druckluft aus der schematisch als 19 dargestellten Quelle bewegt sich der Bohrhammer im Maulwurf zum vorderen Ende des Maulwurfkörpers und gibt einen Schlag auf die Innenfläche des Bohramboß ab. Einzelheiten des Aufbaus finden sich in den USA-Patenten Nr. 4,632,191 und 4,694,913.

In dieser Stellung wird Druckluft durch das Steuerventil V und das Verbindungsstück 21 in das Maulwurfsinnere eingeleitet, zuerst zum Bewegen des Bohrhammers, so daß ein Schlag auf den Amboß abgegeben wird, und danach zum Entfernen des Hammers vom Amboß. Das wiederholte Einwirken des Bohrhammers auf den Amboß erzeugt eine Schlagkraft auf das Bohrelement 20, das die Erde durchbohrt, ohne Abfall oder Abraum zu produzieren. Durch die geneigte Stirnfläche des Bohrelements 20 wird das Werkzeug von einer geraden Bahn abgelenkt.

Wenn sich das Bohrwerkzeug weiter vom Bohrgestell fortbewegt, wird das Bohrgestänge zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Bohrgestellwagen verlängert. Beim Anfügen jedes Anschlußstücks an das Bohrgestänge muß der Luftstrom zum Werkzeug unterbrochen und der Luftdruck aus dem Gestänge abgelassen werden. Dies erfolgt normalerweise durch ein Schließ- oder Schaltventil am Wagen. Nachdem ein weiteres Anschlußstück angefügt wurde, kann der Luftstrom zum unteren Bohrwerkzeug einsetzen. Somit bildet das Bohrgestänge eine ständig größer werdende Ausdehnungskammer während des Vorwärtsbewegen des Werkzeugs.

Die Ausdehnung der in das leere Bohrgestänge gelangenden Druckluft führt zu einer drastischen Verringerung des anfänglichen Luftdrucks und des verfügbaren Energiepotentials zum Inbetriebsetzen des Werkzeugs. Dieses Energiepotential baut sich langsam auf, da nur eine begrenzte oder feststehende Kapazität zur Erzeugung von in das verlängerte Bohrgestänge eindringender Druckluft vorhanden ist. Da die meisten Luftverdichter kleine Luftbehälter haben, wird die zum Füllen des Gestänges erforderliche Zeit mit zunehmender Länge oder zunehmendem Durchmesser des Gestänges länger. Wenn der Druckaufbau im Maulwurf langsam erfolgt, entweicht der Druck über den Bohrhammer, und das Werkzeug wird nicht in Gang gesetzt.

Aufgrund der Hammerträgheit, der Innenreibung und der Undichtheit erfordert insbesondere das Schlagbohrwerkzeug einen Energiestoß zu dessen Inbetriebsetzung. Dieses Problem kann durch eine unwirksame Schmierung oder durch Frostbedingungen nach der Luftausdehnung im Werkzeug weiter verschärft werden. Bei kalter Luft kann in einem Schlagbohrgerät die Feuchtigkeit in den engen Dichtungen einfrieren. Beim Abwärts-Motor können ähnliche Schwierigkeiten durch übermäßige Einwirkung auf den Bohrer entstehen.

Das erfindungsgemäße Steuerventil ist oberhalb des Bohrwerkzeugs, im allgemeinen daran angrenzend, im Bohrgestänge oder auf dem biegsamen Druckluftschlauch von Druckluft-Schlagbohrgeräten befestigt und ermöglicht den Druckaufbau vor Erreichen des Werkzeugs. Bei einem vorbestimmten Druck öffnet sich das Ventil, so daß bei vorliegendem Betriebsdruck der Bohrhammer durch die Druckluft sofort in Bewegung gesetzt wird. Dies verhindert einen Druckausgleich über dem Hammer und ermöglicht das Inbetriebsetzen des Werkzeugs.

Bei kalter Luft kann ein Schlagbohrgerät in den engen Dichtungen einfrieren. Ein starker Druckluftstoß mit Hilfe eines Steuerventils fördert das Sprengen und Entfernen eingefrorener Feuchtigkeit und ermöglicht das Ingangsetzen des Werkzeugs.

Die Formen des zuvor genau beschriebenen Abwärts-Ventils verwenden die gleichen Grundbestandteile und funktionieren ähnlich. Die Ausführungsformen der Fig. 8-10 weisen im Grunde ein bewegliches Teil, das Kolbenventil, auf. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Fig. 8 und 8A, trifft aber auch auf die Ventile der Fig. 9 und 10 zu.

Das Steuerventil 70 ist im Bohrgestänge oder im Druckluftschlauch angebracht, wobei das konische Ventil 101 oberhalb des Bohrwerkzeugs zur Druckluftquelle ausgerichtet ist. Das Ventil 70 ist anfangs bei niedrigem oder gar keinem Druck geschlossen und wird anschließend dem Rohrleitungsdruck ausgesetzt, wenn die Druckluftzufuhr eingeschaltet wird. Wenn der Leitungsdruck eine vorbestimmte Höhe erreicht, öffnet sich das Ventil, indem der Ventilkolben 91 entgegen der Schließkraft der Schraubenfeder 102 bewegt wird, mit der das Ventil normalerweise geschlossen wird.

Wenn das Ventil 101 geöffnet ist, strömt Luft durch die offene Ventilöffnung 74 und die Öffnungen 100 im Kolbenventil 91 weiter zum Bohrwerkzeug. In geöffneter Stellung schafft die auf den vergrößerten Durchmesser, d. h. den Ansatz 95 des Ventilkolbens 91, einwirkende Luftdruck ein ausreichendes Druckdifferential zum Druck des Bohrlochs, dem er über die Lüftungslöcher 80 im Ventilkörper ausgesetzt ist, um das Ventil in geöffneter Stellung zu halten. Die Ausführung mit einer zweifachen Abdichtung, d. h. der oberen Dichtung 99 und der unteren Dichtung 88 erfordert einen relativ großen Öffnungsdruck, da sich allerdings die Dichtungsfläche vergrößert, ist der zum Offenhalten erforderliche Druck geringer. Dadurch können unbeabsichtigte Druckverminderungen in der Druckluftleitung ausgeglichen werden, und das Werkzeug funktioniert weiter. Das Ventil schließt sich nicht, wenn der Druck unter den Öffnungsdruck abfällt. Es schließt sich, wenn die am Ansatz 95 anliegende Kraft gegenüber dem Druck im Bohrloch kleiner als die Kraft der Schraubenfeder 102 ist.

Das Ventil kann hinsichtlich des Öffnungsdrucks eingestellt werden. Er wird durch Veränderungen an der Schraubenfeder 102 geändert. Ein höherer Öffnungsdruck würde eine straffere Feder, ein niedrigerer demzufolge eine weniger gespannte Feder erfordern. Mit dem Ventil können außerdem der Druckabfall und Verringerungen der Strömungsgeschwindigkeit so gering wie möglich gehalten werden. Dabei wird der Druckabfall zum Öffnen des Ventils über dem Ventilsitz aufgefangen, während der Druckabfall zum Offenhalten des Ventils anstatt über dem Ventilsitz im Bereich von der Ventilbohrung bis zum Ring 100 aufgefangen wird. Dies hält nicht nur den Betriebsdruck für das Werkzeug, sondern auch die Strömungsgeschwindigkeit aufrecht.

Das Ventil im Lüftungsloch reinigt sich aufgrund der abgedichteten Kammer hinter der Lüftungsöffnung selbst. Wenn sich das Ventil öffnet, entweicht der aufgebaute Druck innerhalb der Kammer durch die Lüftungsöffnung und befördert dabei jegliche Festkörper, die möglicherweise eingeschlossen wurden, nach außen.

Am Rohrleitungs-Steuerventil nach den Fig. 8-10 wurden Tests zur Bestimmung der Funktionsmerkmale, wie Öffnungs-, Schließdruck und Druckabfall über dem Ventil bei maximaler Strömung, durchgeführt. Die Testvorrichtung umfaßte einen Luftverdichter, einen 1'' Luftschlauch, einen 200 Kubikfuß- Durchflußzähler und einen 4''-Druckluftmotor. Die Rohrleitungs-Ventilvorrichtung wurde direkt hinter dem Druckluftmotor angebracht. Zwei manuelle Meßinstrumente wurden in der Testvorrichtung installiert; eins vor und eins hinter dem Ventil. Diese Meßinstrumente wurden vor dem Test überprüft, um eine Genauigkeit von plus/minus 2 psi zu gewährleisten. An der Ventilfeder wurde auch die Federkonstante überprüft. Sie beträgt 30 Pfund pro Zoll und erzeugt auf dem Ventilsitz eine Spannung von 45 Pfund.

Es wurde festgestellt, daß das Ventil bei 70 psi die erste Luft durchläßt, sich aber erst bei 75 psi voll öffnet. Es bleibt bei 75 psi schwingungsfrei offen. Dieser Öffnungs- und Schließdruck kann durch eine Veränderung der Federkonstante oder der Federvorspannung abgeändert werden. Ein Öffnungsdruck kann bereits bei 60 psi erreicht werden und ist in dieser Vorrichtung bis 90 psi möglich.

Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform des Steuerventils mit einer Verriegelung, die als "Schalt"-Steuerventil 200 bezeichnet wird, mit dem der leere Druckluftschlauch oder das Bohrgestänge bis zu einem vorbestimmten Druck gefüllt werden kann, bevor Druckluft in das Bohrwerkzeug eingeleitet wird. Das "Schalt"-Ventil 200 ist ein vorgesteuertes Ventil mit einem vorgesteuerten Kolben oder einer Auslösevorrichtung mit federgespannten Kugeln, mit dem bzw. der der Ventilkolben bei einem vorbestimmten Druck, wie nachfolgend beschrieben, entriegelt werden kann.

Die "Schalt"-Ventilvorrichtung 200 umfaßt einen zylindrischen Ventilkörper 201 mit einem Außengewinde 202 an einem Ende und einem Innengewinde 203 am gegenüberliegenden Ende. Eine Längsbohrung 204 geht innen vom Ende mit Innengewinde 203 aus und ist seitlich von der mittigen Längsachse beabstandet, und eine vergrößerte, glatte Bohrung 205 in axialer Ausrichtung zu ihr geht innen vom Ende mit Außengewinde 202 des Körpers 201 aus und grenzt einen flachen Ansatz als Ventilsitz zwischen den Bohrungen 204 und 205 ab. Der untere Bereich der vergrößerten Bohrung 205 weist eine Schulterbohrung 207 auf und bildet einen Ansatz 208. Eine Ringnut 209 befindet sich in der Seitenwand der Schulterbohrung 207 zwischen dem Körperende und dem Ansatz 208. Eine Austrittsöffnung 210 verläuft durch die Seitenwand des Körpers 201 zwischen den Ansätzen 206 und 208 und verbindet so die vergrößerte Bohrung 205 mit der Atmosphäre.

Eine Federsicherung 211 hat einen ersten Bereich 212 mit einem von der Wand der Bohrung 205 beabstandeten Durchmesser, einen zweiten Bereich 213 mit einem Durchmesser, der größer als der erste ist und in der Bohrung 205 gleitet, und einen dritten Bereich 214 zwischen den beiden anderen, der in der Bohrung 207 gleitet. Eine zylindrische Vertiefung 216 erstreckt sich in einer geringen Entfernung vom Ende des ersten Bereiches 212 nach innen. Der erste Bereich 212 ist kleiner als die vergrößerte Bohrung 205 des Körpers 201, so daß Druckluft an ihm entlangströmen kann. Der zweite Bereich 213 ist geringfügig kleiner als die vergrößerte Bohrung 205, um gleitend in ihr aufgenommen zu werden, und ein dritter vergrößerter Bereich 214 ist geringfügig kleiner als die Schulterbohrung 207, um darin gleitend aufgenommen zu werden, wobei die Ansätze 208 und 215 als Absperrglieder wirken.

Die Federsicherung 211 paßt in die vergrößerte Bohrung 205 und in die Schulterbohrung 207 des Ventilkörpers 201 und ist durch einen Sprengring 216 in der Ringnut 209 lösbar darin angebracht. Eine ringförmige Nut 87 und eine O-Ringdichtung 88 befinden sich auf dem zweiten Bereich 213, der eine Dichtung zwischen der glatten, vergrößerten Bohrung 205 und der Außenseite der Federsicherung 211 bildet.

Ein Kolbenventil 217 befindet sich gleitend in einer vergrößerten, glatten Bohrung 207. Das Kolbenventil 217 umfaßt einen zylindrischen Körper 218 mit einem Verminderten Durchmesser 219 an einem Ende. In einer geringen Entfernung von dort erstreckt sich eine mittige Vertiefung 220 nach innen. Der Bereich mit größerem Durchmesser 221 des Kolbenkörpers 218 ist geringfügig kleiner als die vergrößerte Bohrung 205 des Ventilkörpers 201 und bewegt sich darin gleitend hin und her. Eine ringförmige Nut 98 und eine O-Ringdichtung 99 befinden sich auf dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser 221 und bilden eine Dichtung zwischen der vergrößerten Bohrung 205 und der Außenseite des Kolbenkörpers 218. Der O-Ring könnte sich auch in einer ringförmigen Nut im Gehäuse 217 befinden und der Kolben eine abgeschrägte Stirnseite aufweisen.

Eine weitere Längsbohrung 222 erstreckt sich parallel zur Bohrung 205 und seitlich zu ihr beabstandet vom Ende mit Außengewinde nach innen. Eine Öffnung 223 verbindet die Bohrungen 205 und 222. Sie befindet sich genau unter dem Ventilsitz 206, wodurch der Kolben 217 in geschlossener Stellung die Verbindung zwischen den Bohrungen 205 und 222 verschließt. Eine Schraubendruckfeder 224 ist zusammengedrückt; ihr eines Ende wird in einer Federsicherungsvertiefung 216 und das andere in der Kolbenvertiefung 220 aufgenommen, so daß mit dem Kolben 217 normalerweise die Bohrung 205 abgedichtet wird und er zum Verschließen der Bohrung 204 gegen den Ventilsitz 206 gedrückt wird.

Das Verriegeln des vorgesteuerten Auslösekolbens wird in Fig. 12 dargestellt. Eine Bohrung 225 verläuft seitlich von der Bohrung 205 durch die Seitenwand des Ventilkörpers 201 im Bereich mit vermindertem Durchmesser 219 des Kolbens 217, wenn er in geschlossener Stellung ist. Eine vergrößerte Bohrung 226 in axialer Ausrichtung dazu erstreckt sich von der Außenseite des Ventilkörpers nach innen und grenzt dazwischen einen Ansatz 227 ab. Eine Abflachung 228 wird auf der Seitenwand des Ventilkörpers am äußeren Ende der Bohrung 226 gefräst. Eine Austrittsöffnung 229 verläuft von der vergrößerten Bohrung 226 zur Außenseite des Ventilkörpers 201 und verbindet die Bohrung 226 mit der Atmosphäre. Ein Durchlaß 226a öffnet sich von der vergrößerten Bohrung 226 zur Einlaßseite des Ventils und leitet so den Druck der Druckluftleitung in die Bohrung 226.

Eine Federsicherungsabdeckung 230 hat einen kurzen, zylindrischen Bereich 213 am einen Ende und einen größeren, rechtwinkligen Bereich 232 am anderen Ende, die einen Ansatz 233 zwischen sich abgrenzen. Eine kleine, quadratische Vertiefung 234 erstreckt sich in einer gewissen Entfernung vom Bereich mit kleinem Durchmesser 231 nach innen und hat eine Schulterbohrung 235. Der zylindrische Bereich 231 der Abdekkung 230 paßt in die vergrößerte Bohrung 226, und der rechtwinklige Bereich 232 ist auf der gefrästen Fläche 228 des Ventilkörpers 201 herkömmlich, wie z. B. durch Kopfschrauben (nicht dargestellt), befestigt.

Ein Auslösekolben 236 befindet sich gleitend in der vergrößerten Bohrung 226. Er umfaßt einen zylindrischen Körper mit einem ersten Bereich mit vergrößertem Durchmesser 237, einem zweiten Bereich mit vermindertem Durchmesser 238 mit einer gefrästen Fläche an einem Ende zum Ineinandergreifen mit dem Ansatz des Kolbens 217 und einer quadratischen Erweiterung 239 am anderen Ende, zwischen denen ein flacher Ansatz abgegrenzt ist. Der erste Bereich mit vergrößertem Durchmesser 237 gleitet in der vergrößerten Bohrung 226 hin und her. Eine Ringnut und eine O-Ringdichtung 240 befinden sich auf dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser 237 und dichten wechselseitig die vergrößerte Bohrung 226 und die Außenseite des Kolbenkörpers ab. Der Bereich mit vermindertem Durchmesser 238 ist geringfügig kleiner als die Bohrung 225 und gleitet darin hin und her. Eine ringförmige Nut und eine O-Ringdichtung 241 bilden eine Dichtung zwischen der Bohrung 225 und dem verminderten Durchmesser 238 zum wechselseitigen Abdichten des Auslösekolbens.

Die quadratische Erweiterung 239 des Auslösekolbens 236 wird gleitend in der quadratischen Vertiefung 234 der Abdekkung 230 aufgenommen. Eine Schraubendruckfeder 240a umgibt die Erweiterung 239, wobei ein Ende in der Schulterbohrung 235 aufgenommen wird und das gegenüberliegende Ende mit dem unteren flachen Ansatz des Kolbens ineinandergreift, wodurch normalerweise das innere Ende 238 des Kolbens mit dem verminderten Durchmesser 219 des Ventilkolbens 217 ineinandergefügt wird.

Wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird, hält die Feder 224 den Ventilkolben 217 geschlossen, wenn keine Druckluft im Bohrgestänge ist, wobei das untere Ende des Bohrgestänges abgeriegelt wird. Die Feder 240a drückt den Auslösekolben 236 gegen den verminderten Durchmesser 219 des Kolbens 217.

Nachdem das Bohrgestänge einen Auslösedruck (etwa 70 psig) aufweist, der durch die Kolbenfläche 236 und die Kraft der Feder 240a bestimmt wird, ist das Bohrloch 226 für die Einleitung von Druckluft durch den Durchlaß 226a in das Bohrgestänge zum Bewegen des Auslösekolbens 236 geöffnet. Bei erreichtem Auslösedruck wird der Auslösekolben 236 soweit bewegt, bis er den Ventilkolben 217 freigibt. Der Ventilkolben wird durch den Rohrleitungsdruck in eine geöffnete Stellung gebracht wird, erzeugt einen Druckluftstoß und damit einen starken Energiestoß zum Inbetriebsetzen des Bohrwerkzeugs. Die Kolben bleiben solange offen, wie Druckluft in das Bohrgestänge eingeleitet wird. Wenn der Luftdruck abgeschaltet wird, kann der Druck die Kraft der Feder 224 nicht länger ausgleichen, der Ventilkolben 217 schließt sich und wird erneut durch den Auslösekolben 236 verriegelt, der, wie zuvor beschrieben, einrastet.

Fig. 13 zeigt eine federgespannte Kugel-Verriegelungsvorrichtung 300, die im Steuerventil 200 verwendet werden kann. Eine kleine Bohrung 301 verläuft schräg durch die Mitte der Bohrung 205 zur Seitenwand des Ventilkörpers 201, senkrecht zum verminderten Durchmesser 219 des geschlossenen Kolbens 217. An ihren äußeren Enden 302 erstreckt sich von der Außenseite des Ventilkörpers ein Gewinde nach innen. Eine Kugel 303, die Druckfeder 304 und die Stellschraube 305 werden in den gegenüberliegenden Enden der Bohrung 301 aufgenommen. Die Federn 304 drücken die Kugeln 303 gegen den verminderten Durchmesser 219 und den Ansatz des Ventilkolbens 217, um ihn geschlossen zu halten, wenn keine Druckluft im Bohrgestänge anliegt, wobei das untere Ende des Bohrgestänges verschlossen ist.

Nachdem ein Auslösedruck im Bohrgestänge anliegt (etwa 70 psig), der durch die Kraft der Federn 304 bestimmt wird, löst der Ventilkolben 217 die Kugeln 303 aus der Verriegelung und wird durch den Druck der Druckluftleitung geöffnet, so daß ein Druckluftstoß und damit ein starker Energiestoß zum Inbetriebsetzen des Bohrwerkzeugs abgegeben wird. Der Kolben bleibt solange offen, wie Druckluft in das Bohrgestänge eingeleitet wird. Wenn die Druckluft abgeschaltet wird, kann der Druck nicht länger die Kraft der Feder 224 ausgleichen, der Ventilkolben 217 wird geschlossen und durch die in Verriegelungsstellung gebrachten Kugeln 303 verriegelt, wie zuvor beschrieben.

Wie bereits an früherer Stelle erörtert, benötigt insbesondere das Schlagbohrwerkzeug aufgrund von Innenreibung und Undichtheit einen bestimmten Energiestoß zum Inbetriebsetzen. Dieses Problem kann durch unwirksame Schmierung oder Frostbedingungen nach der Luftausdehnung im Werkzeug verschärft werden. Bei kalter Luft kann die Feuchtigkeit in den engen Dichtungen eines Schlagbohrwerkzeugs einfrieren. Beim Abwärtsmotor können durch übermäßige Einwirkung auf den Bohrer ähnliche Schwierigkeiten auftreten.

Das Steuerventil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird oberhalb des Bohrwerkzeugs im Bohrgestänge oder auf dem biegsamen Druckluftschlauch von Druckluft-Schlagbohrwerkzeugen angebracht und ermöglicht den Druckaufbau vor dem Werkzeug. Bei einem vorbestimmten Druck öffnet sich das Ventil und ermöglicht, daß bei Betriebsdruck sofort ein Druckluftstoß auf den Bohrhammer abgegeben wird. Dies verhindert den Druckausgleich über den Bohrhammer und setzt das Werkzeug in Gang. Bei kalter Luft kann die Feuchtigkeit in den engen Dichtungen eines Schlagbohrwerkzeugs einfrieren.

Ein starker Druckluftstoß mit Hilfe des Steuerventils fördert das Sprengen und Entfernen der gefrorenen Feuchtigkeit, so daß das Werkzeug arbeiten kann. Dieses Verfahren trifft auch auf Bohrlochwasser zu, das in das Schlagbohrwerkzeug eingedrungen ist. Das Ventil schafft einen Luftstoß, mit dem das meiste Wasser herausbefördert wird, so daß das Werkzeug arbeiten kann.

Bei der Ausführungsform der Fig. 11, 12 und 13 hält die Feder 224 den Ventilkolben 217 geschlossen, wenn keine Druckluft im Bohrgestänge vorhanden ist, wobei das Abwärtsende des Bohrgestänges verschlossen wird. Wenn ein Bohrgestängeabschnitt angefügt wird und keine Druckluft darin ist, bewegt die Feder den Ventilkolben zum Bohrgestell und verschließt die Bohrungen 204 und 222 gegenüber dem Abwärtsende des Bohrgestänges. Die Feder 240 bewegt den Auslösekolben 236 (Fig. 12), oder aber die Kugeln 303 werden durch die Federn 304 (Fig. 13) gegen den verminderten Durchmesser 219 des Ventilkolbens 217 gedrückt.

Nachdem das Bohrgestänge wieder zusammengesetzt ist, wird das Ventil zum erneuten Betätigen des Abwärts-Bohrwerkzeugs geöffnet. Das Steuerventil 200 verhindert allerdings, daß Druckluft zum Werkzeug gelangt, bevor das Bohrgestänge einen Auslösedruck (etwa 70 psig), bestimmt durch die Kolbenfläche 236 und die Kraft der Feder 240, erreicht. Dabei ist die Bohrung 226 zum Einleiten von Druckluft in das Bohrgestänge durch den Durchlaß 226a (Fig. 12) geöffnet. Im anderen Fall wird der Auslösedruck durch die Kraft der Federn 304 (Fig. 13) bestimmt. Bei Erreichen des Auslösedrucks ziehen sich der Kolben 236 oder die Kugeln 303 soweit zurück, daß der den Kolben 236 entriegelt wird. Der Luftdruck an der Stirnseite des Ventilkolbens 217 führt dazu, daß er die Feder 224 zusammendrückt, wobei automatisch das Steuerventil zum Zuführen eines starken Energiestoßes für das Inbetriebsetzen geöffnet wird.

Das Steuerventil 200 bleibt solange geöffnet, wie Druckluft zum Bohrgestänge zugeführt wird. Wenn das Steuerventil geschlossen ist, zum Beispiel, um ein weiteres Anschlußstück des Bohrgestänges anzufügen, strömt solange Druckluft aus dem Bohrgestänge zum Bohrwerkzeug, bis der Luftdruck die Kraft der Feder 224 nicht länger ausgleichen kann. Die Feder 224 schließt den Ventilkolben 217 anschließend. Wiederum wird der Ventilkolben 217 durch den Auslösekolben 236 oder die federgespannten Kugeln 303, wie zu Beginn dieses Funktionsablaufs beschrieben, verriegelt. Jegliche verbliebene Druckluft ist aus dem Bohrgestänge entwichen, wenn ein weiteres Anschlußstück angefügt oder entfernt wird.

Während diese Erfindung insgesamt unter besonderer Berücksichtigung mehrerer bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte klar sein, daß die Erfindung im Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche auch anders, als vorstehend speziell beschrieben, angewendet werden kann.


Anspruch[de]

1. Eine Vorrichtung zum Bohren in der Erde, die

ein Druckluft-Erbohrwerkzeug (17) mit einem Einlaß für das Einleiten von Druckluft zum Betätigen des Werkzeugs,

eine Rohrleitung (15), deren eines Ende mit dem Werkzeug verbunden ist und das andere an eine Druckluftquelle (19) angeschlossen werden kann,

wobei das Werkzeug-eine Erdbohreinrichtung (20) an dessen einem Ende und einen sich hin- und herbewegenden Bohrhammer (53) im Werkzeug umfaßt, der eine Schlagkraft an die Erdbohreinrichtung anlegt,

eine Ventilvorrichtung (70) in der Rohrleitung umfaßt, die hauptsächlich neben dem Werkzeug zwischen diesem und der Druckluftquelle angebracht ist und die Druckluftströmung durch die Rohrleitung zum Werkzeug regelt,

wobei die Ventilvorrichtung Druckluftventile (91 : 200) einschließt, die sich in Abhängigkeit vom pneumatischen Druck in der Rohrleitung öffnen, um die Strömung der Druckluft zum Werkzeug nur dann zu gestatten, wenn in der Rohrleitung ein vorbestimmter Betriebsdruck erreicht ist, so daß ein Druckluft-Anfangsstoß zum Inbetriebsetzen des Bohrhammers übertragen wird; und

wobei das Druckluftventil bei einem vorbestimmten niedrigeren Druck in der Rohrleitung, als zum Öffnen desselben erforderlich, geöffnet bleibt, und das Werkzeug durch ein zweites, ein Innenventil (36) gekennzeichnet ist, mit dem die Zufuhr von Druckluft vom einem Ende des Bohrhammers zum anderen verschoben wird, und das ständig an die Druckluft angeschlossen ist, um den Bohrhammer kontinuierlich hin- und herzubewegen, wobei das Druckluftventil unabhängig von der Stellung des Bohrhammers im Werkzeug arbeitet und der Bohrhammer durch die fortgesetzte Zufuhr von Druckluft und durch die Funktion des Innenventils in Gang gehalten wird.

2. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Druckluftventil (91) ein Druckventil umfaßt, das unter Federbelastung in eine geschlossene Stellung gebracht wird und sich bei einem ersten vorbestimmten pneumatischen Druck in der Rohrleitung öffnet, wodurch das Strömen durch die Rohrleitung zum Werkzeug ermöglicht wird, und sich bei einem zweiten, wesentlich niedrigeren vorbestimmten pneumatischen Druck in der Rohrleitung schließt.

3. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

das Druckluftventil (200) ein Ventil, das unter Federbelastung in eine geschlossene Stellung gebracht wird und sich in Abhängigkeit vom pneumatischen Rohrleitungsdruck öffnet, eine Druckluft-Verriegelung (236) zum Feststellen des Ventils in geschlossener Stellung umfaßt, und

das Ventil und die Druckluft-Verriegelung bei einem ersten vorbestimmten pneumatischen Druck geöffnet und bei einem zweiten, wesentlich niedrigeren vorbestimmten pneumatischen Druck geschlossen werden.

4. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

das Druckluftventil (200) ein Ventil, das unter Federspannung in eine geschlossene Stellung gebracht wird und sich in Abhängigkeit vom pneumatischen Rohrleitungsdruck öffnet, und

eine Federdruck-Verriegelung (300) zum Feststellen des Ventils in geschlossener Stellung umfaßt,

das Ventil und die Federdruck-Verriegelung bei einem ersten vorbestimmten pneumatischen Druck geöffnet und bei einem zweiten, wesentlich niedrigeren vorbestimmten pneumatischen Druck geschlossen wird.

5. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 2, wobei

das Druckluftventil (91) ein rohrförmiges Gehäuse (71) mit einem Einlaß am einen und einem Auslaß am anderen Ende,

einen Längsdurchlaß (74, 75) durch das Gehäuse mit einer Ventilöffnung (74) und einem Ventilsitz (76) am Einlaßende,

einen erweiterten Bereich (75) im Durchlaß auf der Auslaßseite der Ventilöffnung,

ein Kolbenventil (91) zum Hin- und Herschieben im erweiterten Durchlaßbereich umfaßt, und

das Kolbenventil einen größeren Durchmesser als die Ventilöffnung und einen Endbereich (101) hat, der zum Ventilsitz geöffnet oder geschlossen werden kann,

die Feder (102) das Kolbenventil mitnimmt und es in die geschlossene Stellung bringt,

das Gehäuse Lüftungsöffnungen (80) hat, die sich vom erweiterten Durchlaßbereich an einer Stelle zwischen der Ventilöffnung und dem Auslaß durch die Gehäusewand erstrecken, und

Mittel (90, 99) aufweist, die das Kolbenventil zum erweiterten Durchtrittsbereich an den gegenüberliegenden Seiten der Lüftungsöffnungen abdichten, und

das Kolbenventil durch das Druckdifferential zwischen der Einlaßseite der Ventilöffnung und dem Gehäuseauslaß geöffnet wird und durch den Differenzdruck zwischen der Einlaßseite des Kolbenventils, im geöffneten Zustand, und dem Druck außerhalb der Lüftungslöcher offen bleibt.

6. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 5, wobei

das Kolbenventil (91) einen Kolbenbereich mit vergrößertem Durchmesser (94), der gleitend in den erweiterten Durchtrittsbereich paßt,

einen Bereich mit kleinerem Durchmesser auf der einen Seite mit einem Ventil (101) am einen Ende, das mit dem Ventilsitz (76) zum Öffnen und Schließen ineinandergreift,

eine hohle, rohrförmige Führungserweiterung (94a, 81) auf der anderen Seite und Öffnungen (100) durch den Bereich mit kleinerem Durchmesser ins Innere der hohlen, rohrförmigen Führungserweiterung umfaßt, und

die Öffnungen und die rohrförmige Führungserweiterung einen Durchlaß durch das Ventil, bei geöffneter Stellung, schafft,

das Auslaßende des Gehäuses Führungsflächen (75, 106) zum gleitenden Aufnehmen der rohrförmigen Führungserweiterung hat, so daß das Ventil bei seiner Längsbewegung geführt wird,

die Federvorrichtung eine Schraubenfeder (102) aufweist, die die rohrförmige Führungserweiterung umgibt und zwischen dem Kolbenbereich und der Führungsfläche zusammengedrückt wird,

sich die Gehäuse-Lüftungsöffnungen zwischen dem Kolbenbereich und der Führungsfläche befinden, und

die Dichtungen eine Umfangsdichtung (99) zwischen dem Kolbenbereich und dem erweiterten Durchlaß und eine Umfangsdichtung (88) zwischen der rohrförmigen Führungserweiterung und der Führungsfläche umfassen.

7. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 6, wobei

die Führungsfläche eine rohrförmige Laufbuchse (106) im Bereich des Auslaßendes des erweiterten Durchtritts umfaßt und

eine Vorrichtung (113) zum Festhalten der rohrförmigen Laufbuchse und eine Umfangsdichtung (88) zwischen der rohrförmigen Laufbuchse und der Wand des erweiterten Durchlaßbereichs aufweist.

8. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Gehäuse aus zwei Teilen besteht und ein Einlaß-Teil und ein Auslaß-Teil mit einem Mittel (120) umfaßt, das die Gehäuseteile zusammenhält.

9. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 8, wobei

die Druckluft-Verriegelung einen Kolben (236) umfaßt, der zum Festhalten des Ventils in offener Stellung im Ventilgehäuse mit dem Kolbenventil (217) ineinandergreift und sich von ihm löst,

das Ventil und die Druckluft-Verriegelung dem Einlaßdruck ausgesetzt werden, so daß sie sich bei einem ersten vorbestimmten pneumatischen Druck öffnen und bei einem zweiten, wesentlich niedrigeren vorbestimmten pneumatischen Druck schließen.

10. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 3, wobei

das Druckluftventil ein rohrförmiges Gehäuse (201) mit einem Einlaß am einen Ende und einem Auslaß am anderen,

einen Längsdurchlaß (204, 222) durch das Gehäuse mit einer Ventilöffnung (204) und einem Ventilsitz (206) am Einlaßende,

ein Kolbenventil (217) zum Hin- und Hergleiten im Durchlaß,

eine erste, längs zum Kolbenventil beabstandete Federsicherung (211),

zwischen dem Kolbenventil und der Federsicherung zusammengedrückte Federn (224), die das Ventil in die geschlossene Stellung bringen,

das Gehäuse mit einer Lüftungsöffnung (210) in der Wand zwischen dem Kolbenventil und der Federsicherung,

Mittel (88) zum Abdichten des Kolbenventils und der Federsicherung zum Durchlaß auf den gegenüberliegenden Seiten der Lüftungsöffnungen,

das Gehäuse mit einer unterhalb des Kolbenventils seitlich in den Durchlaß reichenden Bohrung (226), wenn das Ventil geschlossen ist,

einen Verriegelungskolben (236) zum Hin- und Herbewegen in der Bohrung,

eine zweite, vom Verriegelungskolben beabstandete und die Außenseite der Bohrung verschließende Federsicherung (230),

eine zwischen der zweiten Federsicherung und dem Verriegelungskolben zusammengedrückte Feder (240a), die den Verriegelungskolben zum Kolbenventil vorspannt,

einen Durchlaß (226a) von der Einlaßseite des Gehäuses zum Verriegelungskolben umfaßt, um eine Druckluftkraft an ihn anzulegen, so daß er aus der Verriegelung mit dem Kolbenventil gelöst wird und sich das Ventil öffnen kann,

das Kolbenventil durch das Druckdifferential zwischen der Einlaßseite der Ventilöffnung und dem Gehäuseauslaß geöffnet und durch den Differenzdruck zwischen der Einlaßseite des Kolbenventils, im geöffneten Zustand, und dem Druck außerhalb der Lüftungslöcher geöffnet bleibt.

11. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 10, wobei

das Gehäuse eine Wand mit einer Öffnung am Einlaßende hat, die die Ventilöffnung und den Ventilsitz bildet,

die Längsdurchtritte parallele Durchlaßbereiche aufweisen, wobei sich ein Durchlaßbereich (204) von der Ventilöffnung und der andere Durchlaßbereich (222) von der Wand zum Ventilauslaß erstreckt,

eine Öffnung (223) vom einen Durchlaßbereich zum anderen neben der Ventilöffnung und dem Ventilsitz, die durch die Bewegung des Kolbenventils geschlossen und geöffnet wird, und

der Verriegelungskolben das Öffnen des Kolbenventils solange verhindert, bis ein ausreichender pneumatischer Druck zum Lösen des Verriegelungskolbens aus der Verriegelung angelegt ist.

12. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 4, wobei

die Federdruck-Verriegelung eine oder mehrere Kugeln (303) umfaßt, die im Ventilgehäuse angebracht und durch Federn (304) am Ventilkolben anliegen oder von ihm gelöst werden, um das Ventil in geschlossener Stellung zu halten,

das Ventil dem pneumatischen Einlaßdruck ausgesetzt wird, damit es sich bei einem ersten vorbestimmten und zur Überwindung der Kraft der Federn ausreichenden pneumatischen Druck öffnet und bei einem zweiten, wesentlich niedrigeren vorbestimmten pneumatischen Druck schließt.

13. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 12, wobei

das Gehäuse eine Wand mit einer Öffnung am Einlaßende hat, die die Ventilöffnung und den Ventilsitz bildet,

die Längsdurchtritte parallele Durchlaßbereiche aufweisen, wobei sich ein Durchlaßbereich (204) von der Ventilöffnung und der andere Durchlaßbereich (222) von der Wand zum Ventilauslaß erstreckt,

eine Öffnung (223) vom einen Durchlaßbereich zum anderen neben der Ventilöffnung und dem Ventilsitz, die durch die Bewegung des Kolbenventils geschlossen und geöffnet wird, und

die Kugel die Öffnungsbewegung des Kolbenventils solange verhindert, bis ein ausreichender pneumatischer Druck am Kolbenventil anliegt, so daß die Federkraft überwunden wird, mit der die Kugel zum Kolbenventil vorgespannt wird, um es aus der Verriegelung zu lösen.

14. Ein Verfahren zum Bohren in der Erde, das

die Schaffung eines Druckluft-Erdbohrwerkzeugs (17) mit einem Einlaß zum Einleiten von Druckluft zum Betätigen des Werkzeugs;

die Schaffung einer Druckluftquelle (19) und einer Rohrleitung vom Werkzeugeinlaß zur Druckluftquelle umfaßt;

wobei das Werkzeug eine Erdbohreinrichtung (20) an einem Ende und einen sich hin- und herbewegenden Bohrhammer (53) im Werkzeug aufweist, so daß bei Druckluftzufuhr eine Schlagkraft an die Erdbohreinrichtung angelegt wird;

wobei Druckluft zum Werkzeug zugeführt wird, um den Bohrhammer zu betätigen; und

die Zufuhr von Druckluft zum Werkzeug automatisch solange eingeschränkt wird, bis der Luftdruck in der Rohrleitung neben dem Bohrhammer eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, so daß die anfängliche Druckluftzufuhr aus der Rohrleitung zum Bohrhammer wie ein Druckluftstoß die Hammerbewegung einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein zweites, ein Innenventil (36) aufweist, das die Druckluftzufuhr vom einen Ende des Bohrhammers zum anderen Ende verschiebt und ständig an die Druckluft angeschlossen ist, so daß der Bohrhammer kontinuierlich hin- und herbewegt wird, wobei das Druckluftventil unabhängig von der Stellung des Bohrhammers im Werkzeug arbeitet und der Bohrhammer durch die fortgesetzte Zufuhr von Luftdruck und die Funktion des Innenventils weiterhin betätigt wird.







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