DE3307804A1

DE3307804A1 - Elektrische bohrmaschine mit festem stand

Info

Publication number: DE3307804A1
Application number: DE19833307804
Authority: DE
Inventors: Roger 37250 Montbazon Delord
Original assignee: LIN SHYI HUNG
Current assignee: LIN SHYI HUNG
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-03-04
Publication date: 1984-03-22
Also published as: FR2533151B3; FR2533151A3

Description

PRINZ, BUNKE & PARTNER

: - - q q η η ρ n /

Patentanwälte · European . Patent Attorneys ■ O J U / 0 U H München Stuttgart

4. März 1983

Shyi-Hung LIN

15805 Anamosa Drive

Derwood, Maryland 20855 /V.St.Ai

Unser Zeichen: L 1150

Elektrische Bohrmaschine mit festem Stand

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bohrmaschine mit festem Stand.

Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung anwendbar auf Ständer- oder Säulenbohrmaschinen, d.h. auf Bohrmaschinen, deren Abmessungen ihre Befestigung an einem Ständer oder am Boden ermöglichen.

Derartige Bohrmaschinen enthalten im allgemeinen eine Säule, die einen Arbeitstisch trägt, einen Sockel und in der Nähe ihres Scheitels ein Kopfstück, das den Motor und die Welle trägt, in welche die Bohrer eingesetzt werden können. Je nach Ausführungsform ist entweder der Arbeitstisch oder aber das Kopfstück entlang der Säule höheneinstellbar. Im zweiten Fall kann der Arbeitstisch auch den Standfuß der Säule bilden. Der mit Käfigwicklung versehene Asynchronmotor ist hinter dem Kopfstück

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befestigt und an die Welle über einen Riemen angeschlossen, der unter einer Schutzhaube auf Riemenscheiben aufgezogen ist, die abgestuft sind und das Auswählen der Drehzahl der Welle innerhalb eines recht großen Bereiches ermöglichen, der im allgemeinen, in relativen Größen gemessen, von 1 bis 10 variiert.

Derartige Bohrmaschinen weisen mehrere Mängel auf. Um die Drehzahl der Welle zu verändern, muß die Schutzhaube geöffnet werden, der Riemen durch Lösen der Motorbefestigung entspannt werden, die Stufe gewechselt werden, auf der der Riemen an den Riemenscheiben läuft, der Motor wieder befestigt und der Riemen dabei gespannt werden und schließlich die Schutzhaube wieder geschlossen werden. Überdies hat der hinter dem Kopfstück befestigte Motor, der sich also auf der der Welle gegenüberliegenden Seite der Säule befindet, einen großen Raumbedarf.

Es sind ferner tragbare Bohrmaschinen bekannt, die einen Universalmotor enthalten, welcher einer Thyristorvorrichtung zugeordnet ist, um die Motorgeschwxndigkext durch Einstellen der Versorgungsspannung zu regeln. Der Motor arbeitet mit Serienerregung, so daß die Leerlaufdrehzahl proportional zur Versorgungsspannung variiert. Die Thyristorvorrichtung reicht also aus, um einen großen Drehzahl-Variationsbereich zu gewährleisten.

Aufgrund der Eigenschaften eines Motors mit Serienerregung weist diese Vorrichtung jedoch schwerwiegende Mängel auf, die sie ungeeignet für einen großen Umfang der Bohrarbeiten machen. Die an der Welle des Motors mit Serienerregung abgegebene maximale Leistung variiert nämlich proportional zu dem Quadrat der Spannung. Bei geringen Drehzahlen, die eine maximale Bohrleistung erfordern, ist daher die von dem Motor abgegebene Leistung sehr gering. Bei großen Drehzahlen, die eine geringe Bohrleistung erfordern, ist hingegen die abgegebene Leistung sehr hoch und wird also nur in

geringem Maße genutzt.

Überdies weisen Motoren mit Serienerregung große Drehzahlschwankungen in Abhängigkeit von dem bremsenden Moment auf, wodurch sie im Betrieb sehr unstabil sind und die "Qualität der Bohrarbeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrmaschine mit festem Stand zu schaffen, deren Drehzahl durch Verändern der Spannung eingestellt werden kann, ohne jedoch auf die oben erläuterten Mängel der tragbaren Bohrmaschinen mit kontinuierlich variabler Drehzahl zu stoßen.

Gemäß der Erfindung umfaßt die elektrische Bohrmaschine mit festem Stand einen Ständer, einen Arbeitstisch, einen Motor, eine drehbare Welle, Übertragungsmittel zwischen dem Motor und der Welle sowie Mittel zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit festem Erregungsfluß arbeitet, und daß sie eine Vorrichtung zur Einstellung der Versorgungsspannung des Motorankers aufweist.

Die Drehgeschwindigkeit dieses Motors variiert proportional zur Versorgungsspannung, ebenso wie die an der Welle verfügbare Maximalleistung. Bei geringen Drehzahlen ist also die von diesem Motor abgegebene Leistung wesentlich größer als die bei einem Motor mit Serienerregung. Andererseits weist dieser Motor eine geringe Drehzahländerung für starke Veränderungen des bremsenden

Moments auf, wodurch er also eine sehr große Stabilität erhält und für den beabsichtigten Zweck gut geeignet ist.

Der durch diese Einheit aus Motor und Stellvorrichtung ermöglichte Variationsbereich hat die Größenordnung von,

in relativen Größen gemessen, 1 bis 4. Er entspricht also nicht dem Geschwindigkeitsbereich von 1 bis 10, der bei Bohrmaschinen mit Kraftübertragung über Riemen und Riemenscheibe erreicht wird.

j Die Erfindung beruht aber auf der Feststellung, daß es zwar zutrifft, daß die Benutzer von Bohrmaschinen mit festem Stand insgesamt einen Geschwindigkeitsbereich von 1:10 wünschen, sie jedoch jede Maschine für eine Reihe ι- von wohlbestimmten Arbeiten einsetzen (z.B. für Eisenmetalle), für die die erforderliche Geschwindigkeitsspanne in Wirklichkeit weniger groß ist (von 1 bis 4). Es ist daher ohne weiteres möglich, diese Maschinen in Abhängigkeit von ihrer Anwendung speziell für schmalere ,Q Drehzahlbereiche auszulegen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt jedoch die Maschine ferner mehrere Stufen einer mechanischen Übertragung zwischen dem Motor und der Welle. Der Be- IQ nutzer muß also lediglich die Übertragungsstufe wählen, die ihm den geeigneten Drehzahlbereich für die beabsichtigten Anwendungen liefert. Er kann dann die für jeden Verwendungszweck erforderliche Geschwindigkeit anpassen, indem er die Spannung verändert.

Wenn die Maschine für andersartige Arbeiten eingesetzt wird, so muß lediglich das mechanische Übersetzungsverhältnis angepaßt und anschließend die entsprechende Einstellung vorgenommen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Ständerbohrmaschine;

Fig. 2 eine Explosivansicht der in Fig. 1 gezeigten

Bohrmaschine;
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Fig. 3 eine Ansicht der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bohrmaschine im Seitenaufriß und mit weggebrochenen Teilen;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Betriebsbedingungen der Bohrmaschine darstellt.

Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Ständerbohrmaschine umfaßt einen Sockel 1, einen Arbeitstisch 2 und eine zylindrische Trägersäule 3, an welcher ein Kopfstück 4 verschiebbar montiert ist. Das Kopfstück 4 kann auf der Säule 3 auf eine beliebige Höhe eingestellt werden, auf der es durch eine Spanneinrichtung 6 (Fig. 3) blockiert wird.

Das Kopfstück 4 ist quaderförmig und trägt auf seiner dem Tisch 2 zugewandten Seite eine Welle 7, an der ein Bohrer befestigt werden kann. Die Welle 7 ist durch eine Translationsbewegung senkrecht zu dem Tisch 2 über einen dreiarmigen Hebel 8 bewegbar und wird dauernd durch nichtdargestellte Rückholmittel in eine Richtung beaufschlagt, die von dem Tisch 2 abgewandt ist.

Das Kopfstück 4 trägt ferner für den Drehantrieb der Welle 7 einen Elektromotor 9, der aus einer Einrichtung 11 zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle, z.B. das Wechselstromnetz gespeist wird.

Gemäß der Erfindung handelt es sich bei dem Motor 9 um einen Gleichstrommotor, dessen Feldmagneten 10 Permanentmagneten sind, die einen konstanten Erregungsfluß liefern.

Da ein solcher Motor einen bedeutend geringeren Platzbedarf als üblicherweise an Bohrmaschinen verwendete Wechselstrommotoren hat, ist er in einer Kammer 12 untergebracht, die in dem Kopfstück 4 zwischen der Welle 7 und der Säule 3 gebildet ist. Die Kammer 12 weist einen

Querschnitt auf, der in Längsrichtung des Kopfstücks 4 gestreckt ist, so daß der Motor 9 vor seiner Befestigung in dieser Richtung im Inneren der Kammer 12 verschiebbar ist. Diese Kammer mündet auf der Seite 5 des Kopfstücks 4, die dem Tisch 2 gegenüberliegt; auf dieser Seite trägt der Motor zwei abgestufte Riemenscheiben 13, 14, die zwei abgestuften Riemenscheiben 16, 17 entsprechen, die drehfest auf der Welle 7 sitzen. Diese Riemenscheiben 16, 17 sind gleichachsig mit der Welle 7 und oberhalb der Seite 5 des Kopfstücks 4 angeordnet.

Das Motorgehäuse trägt um die Riemenscheiben 13, 14 herum Schrauben 19, durch die es an einer Platte 18 befestigt ist. Nach der Montage verschließt die Platte 18 praktisch die Kammer 12; sie weist zwei parallele Langlöcher 21 auf, in die nach der Montage jeweils einer von zwei Zapfen 22 eingreifen, die nach der Seite 5 des Kopfstücks 4 befestigt sind. Der Motor 9 kann auf diese Weise in der Kammer 12 einstellbar befestigt werden, so daß der Riemen 23 gespannt wird, der auf eine der Riemenscheiben 13, 14 und die entsprechende Riemenscheibe 16 bzw. 17 aufgezogen ist. Eine Schutzhaube 24 deckt im Betrieb die Riemenscheiben 13, 14, 16, 17 und den Riemen 23 ab.

Auf der Vorderseite des Kopfstücks 4 sind elektrische Einrichtungen 26 zur "Speisung des Motors befestigt. Wie in Fig. 4 schematisch gezeigt ist, durchquert der über das Kabel 11 zugeführte Strom zunächst eine Thyristor-Spannungsregelvorrichtung 27. Eine solche Vorrichtung ist wohlbekannt und bedarf daher keiner Beschreibung. Das Auswählen der Spannung'geschieht mittels eines Einstellknopfes 28. Der Strom wird dann in einem Gleichrichter gleichgerichtet, der für die Versorgung des Motors 9 angenähert eine Gleichspannung bereitstellt. In üblicher Weise können eine Sicherung 3 2 und eine Betriebsanzeigelampe 3 3 usw. vorgesehen sein (Fig. 2).

Ί Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Spannung in Volt auf der Abszisse und die Leistung auf der Ordinate aufgetragen ist. Der Motor kann eine Leistung P abgeben, die im wesentlichen proportional seiner Versorgungsspannung ist.

Jeder Versorgungsspannung entspricht eine Drehzahl des Motors, die auf der Abszisse ebenfalls aufgetragen ist, und zwar in Radiant/Sekunde. Auf diese Weise ist jede

-^q Spannung geeignet zum Bohren eines gegebenen Durchmessers, der eine bestimmte Leistung erfordert. Die erforderliche Leistung P„ ist eine zunehmende Funktion des zu bohrenden Durchmessers, und sie ist also eine abnehmende Funktion von der Spannung. Für Spannungen, die niedriger als der Punkt A sind, wo die Kurven P. und P sich schneiden, ist die erforderliche Leistung P₁^ größer als die verfügbare Leistung P , und diese Spannungen entsprechen also nicht den Geschwindigkeiten, für die es eine praktische Anwendung gibt. Der durch den Spannungseinsteller ermöglichte Bereich erstreckt sich also von 60 V (Spannung am Punkt A) bis 250 V (maximale Versorgungsspannung des Motors).

Der Motor ist also so dimensioniert, daß seine Leistung bei der Spannung, die seiner geringsten vorgesehenen Arbeitsgeschwindigkeit entspricht, ausreicht für die Arbeit, für die diese Geschwindigkeit die geeignete ist.

Die genannte Anpassung erfolgt natürlich in Abhängigkeit von dem niedrigsten Geschwindigkeitsbereich, den die Riemenscheiben 13, 14, 16, 17 gestatten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Drehzahlbereich, wenn der Riemen auf die Riemenscheiben 14 und 17 aufgezogen ist, von 42 bis 168 rd/s, wodurch alle Bohrarbeiten in Eisenmetallen ermöglicht werden, nämlich bis 22 mm Durchmesser in Gußeisen und 16 mm in Stahl, und wenn der Riemen auf die Riemenscheiben 13 und 16

aufgezogen ist, so erstreckt sich der Geschwindigkeitsbereich von 105 bis 420 rd/s, wodurch alle Bohrarbeiten bis 22 mm Durchmesser in nicht-eisenhaltigen Stoffen ermöglicht werden. Diese Ergebnisse sind mit einem Motor von 250 Watt Leistung erreichbar.

Die Arbeitsweise ist folgende:

Vor der Inbetriebnahme des Geräts zieht der Benutzer den jQ ■ Riemen 23 auf das Riemenscheibenpaar auf, welches dem Geschwindigkeitsbereich entspricht, in dem er zu arbeiten wünscht. Wenn die Maschine für die Bearbeitung von Eisen oder für das Bohren von großen Durchmessern in nicht-eisenhaltigen Stoffen bestimmt ist, so wird der Bereich gewählt, der von 42 bis 168 rd/s reicht. Wenn die Maschine zum Bohren in nicht-eisenhaltigen Stoffen bis 22 mm Durchmesser bestimmt ist, so wird der obere Geschwindigkeitsbereich (105 bis 420 rd/s) gewählt.

Die Maschine wird dann in Betrieb genommen, und in jedem Fall wird mittels des Knopfes 28 die gewünschte Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eingestellt. Es ist natürlich auch möglich, das durch den Riemen 23 erhaltene übersetzungsverhältnis zu verändern, wenn die Maschine für einen

anderen Zweck eingesetzt werden soll. ,

Durch den Gleichstrommotor, der zwischen der Welle 7 und der Säule 3 angeordnet ist, hat die Bohrmaschine einen geringeren Platzbedarf als herkömmliche Ausführungsformen, und ihre Gestalt ist von schlichterer Form.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung auf einer neuartigen Zuordnung eines bestimmten Motortyps zu einem bestimmten Typ von Geschwindigkeitseinstellvorrichtung beruht und daß diese neuartige Zuordnung zu Vorteilen führt, die in Anbetracht der Eigenschaften von tragbaren Bohrmaschinen mit elektronischer Geschwindigkeitsregelung nicht erwartet

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werden konnten.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der Motor in herkömmlicher Weise hinter der Säule angeordnet, wenn dies aus bestimmten Gründen bevorzugt wird. Ferner sind Motoren mit anderer Leistung verwendbar, und die durch die Riemenübertragung oder dergleichen ermöglichten Übersetzungsverhältnisse können in Anzahl und Größe variieren,

Bei einer anderen Ausführungsform sind ferner die Feldmagneten 10 als Magnetspulen ausgebildet und werden mit einer konstanten Wechselspannung gespeist, z.B. aus der über das Kabel 11 zugeführten Wechselspannung. Es entfällt dann der Gleichrichter 29, und der Motoranker wird direkt von der Spannung gespeist, die die Stellvorrichtung 27 abgibt. Es handelt sich dann um einen Universalmotor; wegen des Wegfalls der Serienerregung werden jedoch die im Stand der Technik angetroffenen Mängel vermieden.

Leerseite

Claims

PRINZ, 3ÜNKE & PARTNER 330790A

Patentanwälte · European Patent Attorneys München Stuttgart

4. März 1983

Shyi-Hung LIN

15805 Anamosa Drive

Derwood, Maryland 20855 /V.St.A.

Unser Zeichen: L 1150

Patentansprüche

f .

/1 . 'Elektrische Bohrmaschine mit festem Stand, mit einem Ständer (1), einem Arbeitstisch (2), einem Motor (9), einer drehbaren Welle (7), Übertragungsmitteln (13, 14, 16; 17, 23) zwischen dem Motor und der Welle und Mitteln (11) zum Anschließen an eine Wechselstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (9) ein solcher mit festem Induktionsfluß ist und daß sie eine Vorrichtung zum Einstellen der Versorgungsspannung des Motors (9) umfaßt.

2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (9) ein Permanenmagnet-Gleichstrommotor ist und daß sie ferner eine Vorrichtung (29) zum Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung aus der Spannungsquelle für die Versorgung des Motorankers umfaßt.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor Feldspulen aufweist und daß die Feldspulen durch eine Konstantspannungsquelle gespeist sind.

4. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Kopfstück (4), das auf einer Trägersäule (3) montiert ist und den Motor (9), die Welle (7) und die Übertragungsmittel (13, 14, 16, 17, 23) zwischen dem Motor (9) und der Welle (7) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (9) in dem Kopfstück (4) zwischen der Welle (7) und der Trägersäule (3) angebracht ist.

5. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner mechanische Mittel (13, 14, 16, 17) zum Wählen zwischen wenigstens zwei Übersetzungsverhältnissen zwischen dem Motor (9) und der Welle (7) umfaßt.