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Dokumentenidentifikation DE10106942B4 23.03.2006
Titel Pneumatisches Bodenstechwerkzeug mit beweglichem Meißelkopf
Anmelder Earth Tool Company LLC, Oconomowoc, Wis., US
Erfinder Wentworth, Steven W., Brookfield, Wis., US;
Crane, Robert F., Oconomowoc, Wis., US;
Randa, Mark D., Summit, Wis., US
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Anmeldedatum 15.02.2001
DE-Aktenzeichen 10106942
Offenlegungstag 23.08.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.03.2006
IPC-Hauptklasse E21B 7/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein pneumatische Bodenstechwerkzeuge und insbesondere einen beweglichen Meißelkopf für ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Selbstvortreibende pneumatische Werkzeuge zur Erzeugung von Löchern mit kleinem Durchmesser durch das Erdreich sind allgemein bekannt. Solche Werkzeuge werden verwendet, um Löcher für Rohre oder Kabel unter Straßen zu erzeugen, ohne dafür über der Straße einen Graben ausheben zu müssen. Diese Werkzeuge enthalten als wesentliche Komponenten einen torpedoförmigen Körper mit einer sich verjüngenden Spitze und einem offenen hinteren Ende, einen Luftzufuhrschlauch, der in die Rückseite des Werkzeugs eintritt und es mit einem Luftkompressor verbindet, einen Kolben bzw. ein Schlagelement, das für eine Hin- und Herbewegung in dem Werkzeug angeordnet ist, und einen Luftverteilungsmechanismus, um eine schnelle Hin- und Herbewegung des Schlagelements zu bewirken. Das Schlagelement schlägt gegen die Vorderwand (Amboß) des Inneren des Werkzeugkörpers und bewirkt so eine heftige Vorwärtsbewegung des Werkzeugs in dem Erdreich. Durch die Reibung zwischen der Außenseite des Werkzeugkörpers und dem umgebenden Erdreich neigt das Werkzeug dazu, an Ort und Stelle gehalten zu werden, während sich das Schlagelement für einen weiteren Schlag nach hinten bewegt, was zu einer schrittweisen Bewegung durch das Erdreich führt.

Einige pneumatische Werkzeuge haben an der sich verjüngenden Spitze des Werkzeugs bewegliche Aufsätze oder Meißel, um harte Böden leichter durchdringen zu können. Obwohl diese Kraftkonzentration zur Durchdringung von Hindernissen nützlich ist, wird die Gesamtverlagerung des Werkzeugs pro Schlag reduziert. Durch diese Reduktion vermindert sich die Werkzeuggeschwindigkeit, wenn das Werkzeug nicht zur Durchdringung von harten Böden verwendet wird. In dem Ausmaß, in dem sich der bewegliche Meißel bzw. der daran befestigte Aufsatz während eines Schlages aus dem Werkzeugkörper nach außen wegbewegt, besteht auch eine Neigung, daß in den hinter dem Aufsatz befindlichen Spalt zwischen dem Aufsatz und dem Werkzeugkörper Erde eindringt und ein Verklemmen des Meißels verursacht. Das US-Patent Nr. 5,031,706 (Spektor) beschreibt die Verwendung einer elastischen Dichtung, die zusammengedrückt zwischen dem beweglichen Kopf und dem Meißel-Adapter eingebaut ist, um hinter dem Meißel ein Eindringen von Erde zu verhindern.

Einige bekannte Werkzeuge mit einem beweglichen Meißel haben an ihrem vorderen Ende komplizierte Konstruktionen, die leicht beschädigt werden können und außerdem schwieriger zu montieren und zu demontieren sind als Werkzeuge, bei denen sich der Amboß des Werkzeugs nicht bewegt. Andere Werkzeuge haben den Nachteil, daß direkte Schläge gegen das hintere Ende von einem Amboß ausgeführt werden, der mit Hilfe eines Gewindes in einer vorderen Endöffnung des Werkzeugkörpers befestigt ist, wobei die Gewindeverbindung beschädigt wird und/oder Schwierigkeiten beim Lösen des Amboß auftreten, wenn der Meißel ausgewechselt werden muß. Ein Beispiel liefert das US-Patent Nr. 4,462,468.

Die DE 38 25 800 A1 zeigt ein Rammbohrgerät, das ein rohrförmiges Gehäuse mit einem darin verschiebbaren Schlagkolben aufweist. Außerdem beinhaltet das Rammbohrgerät einen Meißel, der axial bewegbar in einer Axialbohrung der Gehäusespitze gelagert ist. An der nach hinten gerichteten Seite der Gehäusespitze ist eine Stirnfläche ausgebildet, die als ein Amboss für den Schlagkolben wirkt. Bei diesem Rammbohrgerät trifft der Schlagbolzen bei seiner nach vorn gerichteten Bewegung zunächst auf die nach hinten zeigende Schlagfläche des Meißels beziehungsweise des in der Axialbohrung der Gehäusespitze geführten Zapfens des Meißels auf und treibt diesen über eine vorbestimmten Distanz unabhängig von dem Amboss (Gehäusespitze) nach vorne. Anschließend trifft der Schlagkolben auf die Stirnfläche der Gehäusespitze/Amboss auf, wodurch das gesamte Rammbohrgerät nach vorne getrieben wird. Die Gehäusespitze/Amboss ist mittels einer Schraubverbindung an dem Gehäuse befestigt. Ein Problem bei diesem Typ von Werkzeug, besteht darin, dass die Schraubverbindung zwischen der Gehäusespitze/Amboss und dem Gehäuse sehr oft stark beschädigt wird, wobei diese Beschädigungen aus den wiederholten starken Stößen des Schlagkolbens auf den Amboss resultieren. Wenn die Schraubverbindung jedoch beschädigt ist, wird es sehr schwer, das Bohrgerät zwecks Reparatur oder Austausch von Teilen zu demontieren.

Die DE 196 37 697 A1 betrifft ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug, dessen Funktionsweise sich grundlegend von der Funktionsweise der Werkzeuge, die in der DE 38 25 800 A1 und in der vorliegenden Patentanmeldung gezeigt sind. In der DE 196 37 697 A1 sind die Vorteile der Verwendung eines Meißels, der in der Bohrung von einem Amboss axial verschiebbar ist, wobei der Meißel zwischen einer hinteren Position, in der die Schlagfläche des Meißels von der Schlagfläche des Schlagkolbens getroffen wird, und einer vorderen Position bewegbar ist, in der der Schlagkolben auf die hintere Schlagfläche von dem Amboss auftrifft, weder offenbart noch nahegelegt.

Im Normalbetrieb wird der Meißel durch Federkraft in eine Position gedrückt, in der sein hinteres Ende über das hintere Ende bzw. die Schlagfläche des Amboß hinausragt. Stößt der Meißel gegen ein Hindernis und wird er nicht durch einen Schlag des Schlagelements vollständig nach vorne bewegt, dann wird die gesamte Energie des Schlagelements kontinuierlich mit jedem weiteren Vorwärtshub auf den Meißel übertragen, bis das hintere Ende von dem Meißel mit der Schlagfläche des Amboß bündig ist. Die vorliegende Erfindung stellt einen bewegliche Meißel mit einer einfachen und langlebigen Konstruktion zur Verfügung, die es dem Werkzeug ermöglicht, harte Böden zu durchdringen und dabei eine Werkzeugleistung zu bewahren, die besser als bei anderen beweglichen Meißeln ist, die zur Zeit gebräuchlich sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bodenstechwerkzeug zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält ein Bodenstechwerkzeug ein längliches rohrförmiges Gehäuse, ein Schlagelement, das für eine Hin- und Herbewegung in einer Innenkammer des Gehäuses angeordnet ist, um auf eine vordere Schlagfläche Schläge auszuüben, um das Werkzeug durch das Erdreich nach vorne zu treiben, und einen Luftverteilungsmechanismus, durch den das Schlagelement als Reaktion auf die Zuleitung von komprimiertem Fluid hin- und herbewegt wird. Ein Amboß ist in einer vorderen Endöffnung des Werkzeuggehäuses angeordnet. Der Amboß hat einen hinteren, äußeren kegelstumpfförmigen Bereich, der an einer ähnlich geformten, sich nach vorne verjüngenden Innenwand des Gehäuses anliegt, wodurch der Amboß in dem Gehäuse gehalten wird. Der Amboß weist eine Längsbohrung auf, und ein hinteres Ende des Amboß bildet die vordere Schlagfläche für das Schlagelement. Ein Meißel ist in der Bohrung des Amboß verschiebbar angeordnet, wobei der Meißel zwischen einer hintersten Position, in der ein hinteres Ende des Meißels aus der Bohrung des Amboß vorsteht, um einen ersten Schlag des Schlagelements aufzunehmen, und einer vordersten Position bewegbar ist, in der das Schlagelement direkt auf die hintere Schlagfläche des Amboß schlagen kann. Eine Feder kann in einem Raum zwischen dem Meißel und dem Amboß eingespannt sein, um zu bewirken, daß das hintere Ende des Meißels über eine bestimmte Distanz nach hinten aus der Bohrung des Amboß vorsteht. Die Feder wird zusammengedrückt, wenn das Schlagelement einen Schlag gegen den Meißel ausübt und den Meißel nach vorne bewegt, bis das Schlagelement mit dem hinteren Ende des Amboß in Kontakt kommt.

Nahezu alle bekannten Bodenstechwerkzeuge mit beweglichem Meißel verwenden eine Feder. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung hat sich herausgestellt, daß die Feder weggelassen und der Meißel so gestaltet werden kann, daß er in eine Position zurückkehrt, in der ein hinteres Ende des Meißels über eine kurze Distanz aus der Öffnung des Amboß vorsteht. Wenn der Aufsatz durch das Erdreich an Ort und Stelle gehalten wird, dann schlägt das Schlagelement gegen den vorderen Amboß und kann somit das Gehäuse nach vorne treiben, bis es durch den Aufsatz gestoppt wird, wodurch der Meißel zurückgesetzt wird. Wird der Aufsatz nicht durch das Erdreich festgehalten, dann schlägt das Schlagelement gegen den Meißel und treibt ihn durch die schon geöffnete Bohrung nach vorne. Da die Bohrung schon geöffnet war, wird für die Bewegung von Aufsatz und Meißel nur sehr wenig Energie verwendet. Das Schlagelement bewegt sich weiter nach vorne, bis es gegen den vorderen Amboß schlägt, wodurch das Gehäuse vorangetrieben wird, um zu dem Aufsatz und dem Meißel aufzuschließen. In jedem Fall wird der Meißel zurückgesetzt.

Ein Bodenstechwerkzeug gemäß diesem Aspekt der Erfindung, das, wie oben beschrieben, ein Gehäuse, ein Schlagelement und einen Luftverteilungsmechanismus aufweist, hat einen Amboß, der in einer vorderen Endöffnung des Werkzeuggehäuses angeordnet ist. Der Amboß hat eine Längsbohrung darin, und ein hinteres Ende des Amboß bildet die vordere Schlagfläche für das Schlagelement. Der Meißel ist in der Amboßbohrung verschiebbar angeordnet und ist zwischen einer hintersten Position, in der ein hinterer Endbereich des Meißels aus der Amboßbohrung vorsteht, um einen ersten Schlag von dem Schlagelement aufzunehmen, und einer vordersten Position bewegbar, in der das Schlagelement direkt auf eine hintere Schlagfläche des Amboß schlagen kann. Der Meißel weist einen hinteren Endbereich bzw. Anschlag mit vergrößertem Durchmesser auf, der sich in engem verschiebbaren Kontakt mit einem vergrößerten hinteren Endbereich der Amboßbohrung befindet, so daß der hintere Endbereich des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser hat, mit einer Stufe am vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs der Amboßbohrung eingreift, wenn sich der Meißel in seiner vordersten Position befindet. Vorzugsweise haben die Stufe und eine Kontaktfläche des hinteren Endbereichs des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser hat, eine sich nach vorne verjüngende Kegelstumpfform mit einer ausreichenden Verjüngung, um während des Rückwärtsbetriebs des Werkzeugs ein temporäres Festsetzen des Meißels in seiner vordersten Position zu bewirken.

An einem vorderen Endbereich des Meißels ist ein Aufsatz befestigt. Der Aufsatz hat eine äußere Oberfläche, die dazu ausgestaltet ist, um mit der Wand eines zu bohrenden Loches einzugreifen, so daß, wenn das Schlagelement zuerst gegen den Meißel schlägt und den Meißel und den Aufsatz nach vorne treibt, dann gegen die Schlagfläche des Amboß schlägt und sich dann in Vorbereitung eines weiteren Schlages nach hinten bewegt, der Meißel und der Aufsatz nach vorne getrieben werden, wodurch ein Spalt zwischen dem Aufsatz und dem vorderen Ende von dem Gehäuse vergrößert wird. Danach wird das Gehäuse vorangetrieben, wodurch sich der Spalt zwischen dem Aufsatz und dem vorderen Ende des Gehäuses verkleinert und bewirkt wird, daß der Meißel seine hinterste Position ohne die Hilfe einer Feder einnimmt. Durch das Weglassen der Feder wird die Effizienz des Betriebs verbessert, da ein Teil der Energie des Schlagelements durch das Zusammendrücken der Feder bei jedem Schlag verlorengehen würde.

Weiterhin stellt die Erfindung ein Bodenstechwerkzeug zur Verfügung, das mit einer Verschleiß-Abdeckung versehen ist, die dazu ausgestaltet ist, um über die Spitze von dem Bodenstechwerkzeug-Gehäuse zu passen, wobei die Spitze einen zylindrischen vorderen Endbereich mit verringertem Durchmesser und dahinter einen sich nach vorne verjüngenden Bereich aufweist. Die Verschleiß-Abdeckung hat eine zylindrische Hülse mit einer sich nach vorne verjüngenden Innenfläche, die mit dem sich nach vorne verjüngenden Bereich der Gehäusespitze eingreift. Die Hülse kann in Preßpassung auf der Spitze befestigt sein und ausgewechselt werden, falls erforderlich. Die Erfindung stellt außerdem ein zweiteiliges Aufsatz-System mit Gewinden zur Verfügung, bei dem die beiden Aufsatz-Abschnitte für erhöhte Sicherheit fest gegeneinander angezogen sind und das vordere Ende des Aufsatz-Schafts überdeckt ist. Eine V-förmige Kerbe mit optionaler Dichtung, wie nachfolgend beschrieben, kann vorgesehen sein, zu verhindern, daß hinter dem Aufsatz Schmutz eindringt und die Bewegung von dem Aufsatz und dem Meißel blockiert wird. Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden später detailliert beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein besseres Verständnis der Eigenschaften und Vorteile der Erfindung wird nun auf die detaillierte Beschreibung der Erfindung und die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen in unterschiedlichen Figuren gleiche Bezugszeichen für sich entsprechende Teile verwendet werden und in denen:

1 ein Längsschnitt durch ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug mit einem beweglichen Meißelkopf gemäß der Erfindung ist;

2 ein vorderer Abschnitt des Werkzeugs aus 1 ist, die die Ausrichtung des Schlagelements in dem Moment zeigt, in dem es auf den Meißel schlägt;

3 ein vorderer Abschnitt des Werkzeugs aus 1 ist, die die Ausrichtung des Schlagelements und des Meißels nach dem Schlag zeigt;

4 ein vorderer Abschnitt eines Längsschnitts von einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs ist, die die Ausrichtung des Schlagelements in dem Moment zeigt, in dem es auf den Meißel schlägt;

5 die gleiche Ansicht wie 4 ist, die die Ausrichtung von Schlagelement und Meißel zeigt, wenn das Werkzeug im umgekehrten Betrieb arbeitet;

6 ein vorderer Abschnitt eines Längsschnitts von einer dritten Ausführungsform von einem erfindungsgemäßen Werkzeug ist, die die Lage des Schlagelements in dem Moment zeigt, in dem es auf den Meißel schlägt;

7 die gleiche Ansicht wie 6 ist, die zeigt, wie das Schlagelement auf den Amboß schlägt; und

8 die gleiche Ansicht wie 6 ist, die das Werkzeug in entgegengerichter Verfahrweise zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In den 1-3 ist ein pneumatisches Bodenstechwerkzeug 10 mit einer beweglichen Meißel-Baugruppe gemäß der Erfindung gezeigt, das einen Luftverteilungsmechanismus 11 enthält, um ein Schlagelement 12 hin- und herzubewegen, das in einem Gehäuse 13 angeordnet ist. Der Luftverteilungsmechanismus 11 hat einen Schraubenumkehrmechanismus (screw-reverse reversing mechanism), der in bekannter Art und Weise durch Rotation des Luftzufuhrschlauches betätigt wird. Bevorzugte Luftverteilungsmechanismen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,603,383, Nr. 5,505,270, Nr. 5,487,430, Nr. 5,465,797, Nr. 5,199,151 und Nr. 5,025,868 offenbart. Über einen Luftzufuhrschlauch wird dem Luftverteilungsmechanismus 11 Druckluft zugeführt, wodurch die Hin- und Herbewegung des Schlagelements 12 in dem Gehäuse 13 bewirkt wird.

Das Gehäuse 13 ist zylindrisch und so ausgestaltet, daß es an seinem vorderen Ende einen verringerten Durchmesser hat. Das Schlagelement 12 wird innerhalb des Gehäuses 13 hin- und hergeschoben, um nach vorne gerichtete Schläge auf einen beweglichen Aufsatz-Schaft bzw. einen beweglichen Meißel 14 und auf einen Amboß 16 auszuüben, die an dem vorderen Ende des Gehäuses 13 vorgesehen sind. Der Amboß 16 ist vorzugsweise ein Stahlrohr, das genau in eine runde vordere Endöffnung 17 des Gehäuses 13 paßt. Ein rohrförmiger vorderer Endbereich 32 des Amboß 16 steht aus der Öffnung 17 vor. Ein kegelstumpfförmiger hinterer Endbereich 31 des Amboß 16 hat eine Außenfläche, die mit einer ähnlich geformten Innenfläche des vorderen Endes bzw. Spitze 19 des Gehäuses 13 eingreift, um den Amboß 16 in der Öffnung 17 zu halten. Der Amboß 16 ist im Festsitz in das Gehäuse 13 eingepaßt, aber durch dessen Verjüngung wird der Amboß 16 nicht darin festgeklemmt.

Der Meißel 14 ist in einer mittleren Bohrung 15 des Amboß 16 verschiebbar, wobei die Bohrung 15 koaxial in dem Gehäuse 13 verläuft. Ein Aufsatz 18 ist an einem vorderen Endbereich 33 des Meißels 14 befestigt, der aus dem rohrförmigen vorderen Endbereich 32 des Amboß 16 vorsteht. Der Aufsatz 18 ist durch Stifte 20 gehalten, die in nach außen offene, halbrunde Nuten 21 in dem Meißel 14 und entsprechende querverlaufende durchgehende Öffnungen in dem Aufsatz 18 eingesetzt sind. Die Stifte 20 können, wie gezeigt, massive Stifte oder spiralförmig gewundene Rollenstifte sein.

In dieser Ausführungsform hat der Meißel 14 eine nach außen offene ringförmige Nut 23 in einem Zwischenbereich zwischen dem vorderen Endbereich 33 und dem hinteren Endbereich 28 mit vergrößertem Durchmesser. Die ringförmige Nut 23 wirkt mit einem hinteren Bereich (Gegenbohrung) 25 der Bohrung 15 zusammen, um eine Umfangskammer 27 zwischen dem Meißel 14 und dem Amboß 16 zu bilden, der eine ringförmige Feder 22 enthält, die entweder eine Schraubenfeder oder eine elastische Hülse sein kann. Die Feder 22 ist zusammengedrückt eingeschlossen, so daß sie den Meißel 14, wie in 2 gezeigt, bezüglich des Amboß 16 in eine hinterste Position drückt. Dazu liegt die Feder 22 an einer nach hinten zeigenden ringförmigen Stufe 29 am vorderen Ende der Gegenbohrung 25 und einer hinteren Wand 30 der ringförmigen Nut 23 an. Die Wand 30 ist auch die vordere Kante des hinteren Bereichs 28 des Meißels 14, der einen vergrößerten Durchmesser aufweist.

Eine austauschbare Verschleiß-Abdeckung 24 aus Stahl ist im Preßsitz auf der Spitze 19 des Gehäuses 13 befestigt. Die Abdeckung 24 schützt das vordere Ende des Gehäuses 13 vor übermäßigem Verschleiß durch Abrieb, der durch Steine und Erde verursacht wird. Die Verschleiß-Abdeckung 24 ist vorzugsweise eine Stahl-Hülse mit einem nach hinten auseinanderlaufenden (oder sich nach vorne verjüngenden) Innenprofil, so daß sie genau auf den sich verjüngenden Bereich der Spitze 19 paßt. Der Außendurchmesser der Verschleiß-Abdeckung 24 ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem Außendurchmesser des Werkzeuggehäuses 13.

Damit sich der Amboß 16 nicht lösen kann, ist die hinterste Position des beweglichen Meißels 14, wie in 2 gezeigt, vorzugsweise durch den Punkt begrenzt, an dem eine hintere Endfläche von dem Aufsatz 18 mit dem vorderen Ende des Gehäuses 13 in Kontakt kommt. In dieser Position verbleibt ein schmaler Spalt zwischen dem Aufsatz 18 und der Verscheiß-Abdeckung 24 sowie zwischen einem radialen inneren Bereich des Aufsatzes 18 und dem vorderen Ende des Amboß 16. Zu diesem Zweck hat eine hintere Öffnung 34 des Aufsatzes 18 eine ringförmige Stufe 36, um mit dem vorderen Ende des Gehäuses 13 einzugreifen, wie gezeigt ist, und eine innere zylindrische Ausnehmung 37, in die das vorderen Ende des Amboß 16 verschiebbar hineinpaßt. Eine sich nach hinten erstreckende rohrförmige Schürze 39 an dem äußeren Rand des Aufsatzes 18 an dem hinteren Ende davon überdeckt den Spalt, der sich zwischen dem Aufsatz 18 und sowohl dem Amboß 16 als auch dem Gehäuse 13 öffnet und schließt, wodurch das Eindringen von Erdreich verhindert wird. Der Spalt zwischen der Abdeckung 24 und der Schürze 39 ist schmal und niemals vollständig geschlossen.

2 zeigt den Moment, in dem das Schlagelement 12 gegen den Meißel 14 schlägt. Vor dem Schlag wurde der Meißel 14 rückgesetzt, um mit einer Distanz 26 aus dem hinteren Ende von dem Amboß 16 vorzustehen. Die Feder 22 wird zusammengedrückt, wenn das Schlagelement 12 gegen den Meißel 14 schlägt. Das vordere Ende von dem Meißel 14 bildet im Erdreich ein Führungsloch für den Aufsatz 18, und der Aufsatz 18 weitet das Führungsloch auf den Durchmesser des Gehäuses 13 auf. Abhängig von der Bodenbeschaffenheit kann der Aufsatz 18 so gestaltet sein, um das Führungsloch in einem Ausmaß aufzuweiten, daß sein Durchmesser dem des Gehäuses 13 entspricht oder kleiner oder größer ist. Zur Optimierung der Werkzeugleistung können unterschiedliche Köpfe mit unterschiedlichen Außendurchmessern verwendet werden. Durchsticht das Werkzeug 10 ein hartes Hindernis, dann wird der Meißel 14 voraussichtlich um eine Distanz nach vorne bewegt, die kleiner ist als die Distanz 26. Der Meißel 14 kann dann Hindernisse effizienter durchstechen als vergleichbare Werkzeuge ohne bewegliche Meißel, da der Meißel 14 und der Aufsatz 18 eine größere Kraft von dem Schlagelement 12 übertragen als dies der Fall wäre, wenn der Impuls des Schlagelements über den Amboß 16 auf das Werkzeuggehäuse 13 und die Teile, die es trägt (einschließlich Luftverteilungsmechanismus 11), übertragen würde. Dieser Effekt wird optimiert, wenn die Massen von dem Aufsatz 18 und dem Meißel 14 so gewählt sind, um im Vergleich zur Masse des Schlagelements 12 einen optimalen Rückkehrkoeffizienten zu bewirken, wie im US-Patent Nr. 5,031,706 vorgeschlagen.

Wird Erdreich durchstochen und sind keine harten Hindernisse vorhanden, so kann der Meißel 14 um eine Distanz nach vorne bewegt werden, die gleich (oder größer) dem Meißelhub 26 ist, wie in 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird ein Rest der Schlagkraft von dem Schlagelement 12 auf den Amboß 16 übertragen, und dadurch bewegt sich Gehäuse 13 nach vorne, um den Spalt zwischen der Rückseite von dem Aufsatz 18 und der Vorderseite des Gehäuses 13 zu schließen. Der Meißel 14 wird dann zurückgesetzt, um mit einer Distanz 26 aus dem hinteren Ende von dem Amboß 16 vorzustehen, und der Arbeitsgang kann wiederholt werden.

Ein Werkzeug 10 mit einem beweglichen Meißel 14 der obigen Bauweise besitzt einen einfacheren Aufbau und vermeidet die Verwendung von Gewindeverbindungen an der Vorderseite des Werkzeugs, wo die Belastungen durch die Schläge am größten sind. Ist ein Auswechseln des beweglichen Meißels erforderlich, werden die Stifte 20 herausgenommen und der Aufsatz 18 entfernt. Nach dem Entfernen von Schlagelement 12 und Luftverteilungsmechanismus 11 aus der Rückseite des Werkzeugs 10 kann der Meißel 14 aus dem Gehäuse 13 gelöst und ausgebaut werden.

Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird nun eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs 40 ohne Feder 22 beschrieben. Ein hinterer Endbereich 42 mit vergrößertem Durchmesser eines modifizierten Meißels 43 hat eine sich nach vorne verjüngende Stufe 44, die mit einer nach hinten zeigenden, sich nach vorne verjüngenden ringförmigen Stufe 45 in der Bohrung von einem modifizierten Amboß 46 eingreift. Der Schlag des Schlagelements 12 treibt den Meißel 43 nach vorne, bis der Widerstand des Erdreichs gegen das Durchstechen die Schlagkraft aufzehrt, wie oben beschrieben, oder der Endbereich 42 mit der Stufe 44 eingreift und eine versenkte Position einnimmt. Da sich das hintere Ende des Meißels 43 bis über die hintere Schlagfläche von dem Amboß 46 hinausbewegt, ist der gesamte Meißelhub größer als die Distanz 26, so daß das Werkzeug mit jedem Hub weiter nach vorne vorankommen kann.

Der Meißel 43 kehrt, wie in 4 gezeigt ist, in seine Ausgangsposition zurück, wenn sich das Gehäuse 13 auf den Aufsatz 18 zubewegt. Wenn der Aufsatz 18 durch das Erdreich an Ort und Stelle gehalten wird, dann kann das Schlagelement 12 gegen den vorderen Amboß schlagen und somit das Gehäuse vorantreiben, bis es durch den Aufsatz gestoppt wird, wodurch der Meißel 43 zurückgesetzt wird. Wird der Aufsatz nicht durch das Erdreich festgehalten, dann schlägt das Schlagelement gegen den Meißel und treibt ihn durch die schon geöffnete Bohrung nach vorne. Da die Bohrung schon geöffnet war, wird für die Bewegung von Aufsatz und Meißel nur sehr wenig Energie benötigt. Das Schlagelement bewegt sich weiter nach vorne, bis es gegen den vorderen Amboß schlägt. Auf diese Weise wird das Gehäuse vorgetrieben, um zu dem Aufsatz und dem Meißel aufzuschließen. In beiden Fällen wird der Meißel 43 zurückgesetzt.

Da der verbliebene Teil des Impulses vom Schlagelement 12 auf den Amboß 46 übertragen wird, bewegen sich das Gehäuse 13 und alle damit verbundenen Teile um eine Distanz nach vorne, die ungefähr dem Hub des Meißels 43 zwischen seiner vorgeschobenen und seiner zurückgezogenen Position entspricht. Eine Feder zur Rückführung des Meißels 43 in seine hinterste Position ist nicht erforderlich. Arbeitet das Werkzeug in umgekehrter Betriebsart und schlägt das Schlagelement 12 gegen eine Endmutter und nicht gegen den Amboß und den Meißel, dann nimmt der bewegliche Meißel die vorderste Position ein, wie in 5 gezeigt, kehrt aber in seine Ausgangsposition zurück, wenn die Vorwärtsbewegung fortgesetzt wird.

Die 6, 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Werkzeugs 60 gemäß der Erfindung. Wie das Werkzeug 40, besitzt auch das Werkzeug 60 keine Feder und arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise wie das Werkzeug 40, ist aber in einigen wichtigen Punkten verbessert. Das Gehäuse 13 enthält einen vorderen Amboß 62, der einen modifizierten hinteren Endbereich 63 mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der sich über einen Teil seiner Länge in Richtung zu seinem vorderen Ende hin verjüngt. Der Winkel dieser vorderen Verjüngung des Amboß ist klein genug (6° oder etwa 5 bis 7°), um einen modifizierten Aufsatz-Schaft zeitweise in seiner vordersten Position festzuhalten, während sich das Werkzeug, wie in 8 gezeigt, in seinem umgekehrten Betrieb befindet, so daß die nachteiligen Schläge gegen den Aufsatz-Schaft reduziert werden. Zu diesem Zweck hat ein hinterer Endbereich 69 des Aufsatz-Schaftes, wie gezeigt, eine passende äußere Verjüngung. Der Aufsatz-Schaft löst sich in der Vorwärtsbetriebsart bei dem ersten Schlag des Schlagelements 12 aus dieser Position.

In dieser Ausführungsform ist der Aufsatz 68 eine zweiteilige Baugruppe, die mit dem Aufsatz-Schaft bzw. dem Meißel 64 durch ein Gewinde verbunden ist. Ein hinterer Abschnitt 71 von dem Aufsatz wird so weit auf einen mit einem Gewinde versehenen, vorstehenden vorderen Endbereich 65 von dem Aufsatz-Schaft 64 geschraubt, bis er gegen eine Schulter 72 stößt, die sich hinter dem mit dem Gewinde versehenen Endbereich 65 befindet und ebenfalls aus dem Amboß 62 vorsteht. Ein vorderer Abschnitt 73 von dem Aufsatz wird dann auf den Aufsatz-Schaft 64 geschraubt, und der hintere Abschnitt 71 von dem Aufsatz wird gegen den vorderen Abschnitt 73 des Aufsatzes mit Hilfe von geeigneten Mitteln festgezogen, wie zum Beispiel auf beiden Seiten vorgesehene sechskantmutterartige Außenbereiche. Der hintere Abschnitt 71 von dem Aufsatz bewegt sich ein kleines Stück nach vorne, wenn er gegen den vorderen Abschnitt 73 festgezogen wird.

Der vordere Abschnitt 73 des Aufsatzes ist vorzugsweise als eine Kappe mit einem nach hinten offenen, mit einem Gewinde versehenen Sackloch 74 ausgebildet, mit Hilfe dessen der vordere Abschnitt 73 an dem Aufsatz-Schaft 64 befestigt ist, und hat am vorderen Ende einen Vorsprung bzw. einen "falschen Meißel" 75, der dem vorstehenden vorderen Ende der Meißel 14, 43 der vorangegangenen Ausführungsformen ähnelt. Ein Hartmetallspitze 79 kann mittig an einer nach vorne zeigenden Stelle des Vorsprungs angebracht sein, um die Fähigkeit des Werkzeugs zum Durchbrechen harter Hindernisse zu verbessern. Ein rohrförmiger hinterer Flansch 76 des vorderen Abschnitts 73 erstreckt sich in eine nach vorne offene Ausnehmung oder Gegenbohrung 77 von einer mit einem Gewinde versehenen Durchgangsöffnung 78 des hinteren Abschnitts 71 des Aufsatzes, so daß, wie gezeigt ist, in Längsrichtung ein kleiner Spielraum verbleibt. Dadurch wird ein Festziehen in der Art einer Gegenmutter ermöglicht, ohne daß Erde in die zweiteilige Aufsatz-Baugruppe gelangen kann. Die Befestigung der Abschnitte 71, 73 des Aufsatzes sorgt für eine sicherere Halterung des Aufsatzes 68 auf dem Aufsatz-Schaft 64 und für eine einfachere Demontage im Vergleich zu Befestigungssystemen mit Stiften oder Gewindeverbindungen, die keine axiale Klemmkraft auf die Gewindeverbindung zwischen Aufsatz und Schaft ausüben, oder im Vergleich zu Systemen, bei denen eine Mutter, die vor dem Aufsatz aufgeschraubt wird, den Aufsatz festhält.

Eine modifizierte Verschleiß-Abdeckung 81 hat eine sich nach vorne verjüngende Kante 82, die mit einer sich nach hinten verjüngenden Kante 83 der Schürze 84 des hinteren Abschnitts 71 des Aufsatzes zusammenwirkt, um eine V-förmige Kerbe 86 zu bilden, aus der sich Dreck effektiver löst als aus den Anordnungen in den 4 und 5. Eine ringförmige Nut 87 kann in der Nähe des vorderen Endes des Gehäuses 13, ein wenig vor der Kerbe 86, wenn sich die Kanten 82, 83 berühren (6), für ein Dichtungslager 88 vorgesehen sein, das dazu beiträgt, das Eindringen von Sand in den Raum hinter dem Aufsatz 68 zu verhindern. Das Dichtungslager 88 ist vorzugsweise bündig mit dem äußeren Umfang der Spitze 19 des Gehäuses 13 und dehnt sich daher nicht aus und zieht sich nicht zusammen, um die Kerbe 86 zu füllen.

Der Betrieb des Werkzeugs 60 gleicht im wesentlichen dem oben beschriebenen Betrieb des Werkzeugs 40. Die 6 und 7 zeigen zwei Stufen des Schlages des Schlagelements, zunächst gegen den Aufsatz-Schaft 64 und dann gegen den Amboß 62. Während des umgekehrten Betriebs, der in 8 gezeigt ist, wird das Schlagelement 12 nach hinten beschleunigt und schlägt in bekannter Art und Weise gegen den hinteren Amboß oder die Endmutter, woraufhin das Werkzeug nach hinten getrieben wird. In diesem umgekehrten Betrieb werden der Aufsatz und der Aufsatz-Schaft 64 nach hinten beschleunigt, wenn der hintere Endbereich 69 von dem Aufsatz-Schaft 64 gegen die Verjüngung der Bohrung 89 von dem Amboß 62 stößt.

Das Werkzeug 60 gemäß der obigen Beschreibung stellt demnach weitere Verbesserungen in der Konstruktion von dem Amboß, dem Aufsatz und dem Aufsatz-Schaft zur Verfügung. Der Aufsatz ist nicht so zerbrechlich und kann leichter auseinandergebaut werden als vergleichbare Modelle. Der Meißel bzw. der Aufsatz-Schaft wird durch eine Kappe am vorderen Ende geschützt und dem Bohrloch nicht direkt ausgesetzt. Das erleichtert die Reparatur, da die Kappe am vorderen Ende (Aufsatz-Abschnitt 73) entfernt und ersetzt werden kann, ohne den Rest des Werkzeugs oder sein vorderes Ende demontieren zu müssen. Der Aufsatz-Schaft 64 ist zudem durch eine halbverriegelnde Verjüngung besser vor Beanspruchungen geschützt, wenn das Werkzeug im umgekehrten Betrieb arbeitet.

Verschiedende Veränderungen der vorangegangenen Ausführungsformen fallen in den Schutzbereich der Erfindung. So kann der Aufsatz zum Beispiel eine Vielzahl von Formen haben, die sich zum Graben unter verschiedenen Bedingungen eignen, wie Schaufelblätter, Vorsprünge oder Keile. Der Amboß kann verkürzt sein, so daß er nicht aus dem Gehäuse vorsteht und keine nach hinten geöffnete, abgestufte Bohrung im Aufsatz notwendig ist. Ein steinbrechendes Hartmetall-Element, das rund oder spitz wie das Element 79 sein kann, kann an dem vorderen Ende des beweglichen Meißels angebracht sein, um die Fähigkeit zum Durchbrechen von Steinen oder anderen Hindernissen zu verbessern. Obwohl es für eine einfache Herstellung gewünscht ist, den Amboß, den Meißel, das Gehäuse und die Verschleiß-Abdeckung radialsymmetrisch zu bauen, wie beschrieben ist, können einige Teile des Mechanismus asymmetrisch sein. Statt eines hinteren Endbereichs 28 mit vergrößertem Durchmesser könnte der Meißel beispielsweise einen radialen Vorsprung aufweisen, der in eine entsprechende Nut in der Amboßbohrung gleitet.


Anspruch[de]
  1. Bodenstechwerkzeug (10) mit:

    einem länglichen rohrförmigen Werkzeuggehäuse (13);

    einem Schlagelement (12), das für eine Hin- und Herbewegung in einer Innenkammer des Gehäuses (13) angeordnet ist, um Schläge gegen eine vordere Schlagfläche auszuüben, um das Werkzeug (10) durch das Erdreich nach vorne zu treiben; und

    einem Luftverteilungsmechanismus (11), durch den das Schlagelement (12) als Reaktion auf die Zuleitung von komprimiertem Fluid hin- und herbewegt wird;

    gekennzeichnet durch:

    einen in einer vorderen Endöffnung von dem Werkzeuggehäuse (13) angeordneten Amboß (16), wobei der Amboß einen hinteren, äußeren kegelstumpfförmigen Bereich (31) hat, der an einer ähnlich geformten, sich nach vorne verjüngenden Innenwand des Gehäuses (13) anliegt, wodurch der Amboß in dem Gehäuse gehalten wird, wobei der Amboß (16) eine Längsbohrung (15) aufweist und ein hinteres Ende von dem Amboß (16) die vordere Schlagfläche für das Schlagelement (12) bildet; und

    einen Meißel (14), der in der Bohrung (15) von dem Amboß (16) verschiebbar angeordnet ist, wobei der Meißel zwischen einer hintersten Position, in der ein hinterer Endbereich (28) des Meißels (14) aus der Bohrung (15) von dem Amboß (16) vorsteht, um einen ersten Schlag von dem Schlagelement (12) aufzunehmen, und einer vordersten Position bewegbar ist, in der das Schlagelement (12) direkt auf eine hintere Schlagfläche von dem Amboß (16) schlagen kann.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, außerdem mit einem Aufsatz (18), der an einem vorderen Endbereich (33) des Meißels (14) montiert ist, der aus dem Gehäuse (13) vorsteht.
  3. Werkzeug nach Anspruch 2, bei dem der Aufsatz (18) einen maximalen Außendurchmesser hat, der etwa gleich einem maximalen Außendurchmesser des Gehäuses (13) oder größer oder kleiner ist.
  4. Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Meißel (14) einen hinteren Endbereich (28) mit vergrößertem Durchmesser hat, der sich in einem engen verschiebbaren Kontakt mit einem vergrößerten hinteren Endbereich der Bohrung (15) von dem Amboß befindet.
  5. Werkzeug nach Anspruch 4, bei dem der hintere Endbereich (28) des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser hat, mit einer Stufe (29) am vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs der Bohrung (15) von dem Amboß eingreift, wenn sich der Meißel in seiner vordersten Position befindet.
  6. Werkzeug nach Anspruch 5, bei dem sich ein hinteres Ende des Meißels (14) vor einer hinteren Schlagfläche von dem Amboß (16) befindet, wenn sich der Meißel in seiner vordersten Position befindet.
  7. Werkzeug nach Anspruch 4, außerdem mit einer Feder (22), die zusammengedrückt zwischen einem vorderen Ende des hinteren Endbereichs (28) des Meißels (14), der einen vergrößerten Durchmesser hat, und einer Stufe (29) am vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs der Bohrung (15) von dem Amboß eingespannt ist, wobei die Feder den Meißel in eine Position drückt, in der ein hinterer Endbereich des Meißels (14) aus der Bohrung von dem Amboß (16) vorsteht, um einen ersten Schlag von dem Schlagelement (12) aufzunehmen.
  8. Werkzeug nach Anspruch 1, außerdem mit einer Feder (22), die zusammengedrückt zwischen dem Meißel (14) und dem Amboß (16) eingespannt ist, wobei der Meißel durch die Feder in seine hinterste Position vorgespannt ist.
  9. Werkzeug nach Anspruch 2, bei dem der Amboß (16) aus der vorderen Endöffnung des Gehäuses (13) vorsteht und in einer nach hinten offenen zylindrischen Ausnehmung in dem Aufsatz (18) verschiebbar aufgenommen ist.
  10. Werkzeug nach Anspruch 3, bei dem der Aufsatz (18) an dem Meißel (14) durch Stifte (20) abnehmbar befestigt ist, die in Öffnungen in dem Aufsatz (18) und dem Meißel eingesetzt sind und ein Lösen des Aufsatzes (18) von dem Meißel verhindern.
  11. Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse (13) eine Spitze (19) mit einem zylindrischen vorderen Endbereich mit reduziertem Durchmesser und dahinterliegend einen sich nach vorne verjüngenden Bereich hat.
  12. Werkzeug nach Anspruch 11, außerdem mit einer Verschleiß-Abdeckung (24), die auf die Spitze (19) des Gehäuses (13) aufgesetzt ist.
  13. Werkzeug nach Anspruch 12, bei dem die Verschleiß-Abdeckung (24) eine zylindrische Hülse mit einer sich nach vorne verjüngenden Innenfläche hat, die an dem sich nach vorne verjüngenden Bereich der Spitze (19) des Gehäuses (13) anliegt.
  14. Bodenstechwerkzeug (40; 60) mit:

    einem länglichen rohrförmigen Werkzeuggehäuse (13);

    einem Schlagelement (12), das für eine Hin- und Herbewegung in einer Innenkammer des Gehäuses (13) angeordnet ist, um Schläge gegen eine vordere Schlagfläche auszuüben, um das Werkzeug (40; 60) durch das Erdreich nach vorne zu treiben; und

    einem Luftverteilungsmechanismus (11), durch den das Schlagelement (12) als Reaktion auf die Zuleitung von komprimiertem Fluid hin- und herbewegt wird; gekennzeichnet durch:

    einen in einer vorderen Endöffnung des Werkzeuggehäuses (13) angeordneten Amboß (46; 62), wobei der Amboß eine Längsbohrung (15) aufweist und ein hinteres Ende von dem Amboß (46; 62) die vordere Schlagfläche für das Schlagelement (12) bildet;

    einen Meißel (43; 64), der in der Bohrung (15) von dem Amboß (46; 62) verschiebbar angeordnet ist, wobei der Meißel zwischen einer hintersten Position, in der ein hinterer Endbereich des Meißels (43; 64) aus der Bohrung von dem Amboß vorsteht, um einen ersten Schlag von dem Schlagelement (12) aufzunehmen, und einer vordersten Position bewegbar ist, in der das Schlagelement direkt auf eine hintere Schlagfläche von dem Amboß (46; 62) schlagen kann, und wobei der Meißel (43; 64) einen hinteren Endbereich (42; 69) mit vergrößertem Durchmesser hat, der sich in einem engen verschiebbaren Kontakt mit einem vergrößerten hinteren Endbereich der Bohrung (15) von dem Amboß befindet, so dass der hintere Endbereich (42; 69) des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser hat, mit dem vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs der Bohrung (15) von dem Amboß eingreift, wenn sich der Meißel (43; 64) in seiner vordersten Position befindet; und

    einen Aufsatz (18; 68), der an einem vorderen Endbereich des Meißels (43; 64) montiert ist, wobei der Aufsatz (18; 68) eine Außenfläche hat, die dazu ausgestaltet ist, um mit der Wand von einem zu bohrenden Loch einzugreifen, so dass dann, wenn das Schlagelement (12) zuerst gegen den Meißel schlägt und den Meißel (43; 64) und den Aufsatz (18; 68) nach vorne treibt, dann gegen die Schlagfläche von dem Amboß (46; 62) schlägt und sich dann in Vorbereitung auf einen weiteren Schlag wieder nach hinten bewegt, der Meißel und der Aufsatz nach vorne getrieben werden, wodurch ein Spalt zwischen dem Aufsatz (18; 68) und dem vorderen Ende des Gehäuses (13) vergrößert wird, und danach das Gehäuse (13) vorangetrieben wird, wodurch der Spalt zwischen dem Aufsatz (18; 68) und dem vorderen Ende des Gehäuses verkleinert und bewirkt wird, dass der Meißel (43; 64) seine hinterste Position einnimmt.
  15. Werkzeug nach Anspruch 14, bei dem sich ein hinteres Ende des Meißels (43; 64) vor einer hinteren Schlagfläche von dem Amboß (46; 62) befindet, wenn sich der Meißel in seiner vordersten Position befindet.
  16. Werkzeug nach Anspruch 14, bei dem der Aufsatz (18; 68) eine abgestufte, nach hinten offene Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung dazu ausgestaltet ist, dass dann, wenn sich der Meißel (43; 64) in seiner hintersten Position befindet, eine darin befindliche Stufe mit einem vorderen Ende des Gehäuses (13) eingreift, und zwischen dem Aufsatz (18; 68) und einem vorderen Ende von dem Amboß (46; 62) ein Spalt existiert.
  17. Werkzeug nach Anspruch 14, bei dem der Aufsatz (18; 68) eine sich nach hinten erstreckende, rohrförmige Schürze (39; 84) aufweist, die mit einer Spitze (19) des Gehäuses (13) in verschiebbarem Kontakt steht und die den Spalt zwischen dem Aufsatz (18; 68) und dem vorderen Ende des Gehäuses überdeckt.
  18. Werkzeug nach Anspruch 14, bei dem der hintere Endbereich (42) des Meißels, der einen vergrößerten Durchmesser hat, mit einer Stufe (44) am vorderen Ende des vergrößerten hinteren Endbereichs der Bohrung (15) von dem Amboß eingreift, wenn sich der Meißel (43) in seiner vordersten Position befindet.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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