DE3712485A1 - Anordnung fuer ein axiallager einer bohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, die einen Rahmen, eine am Rahmen angeordnete Schlageinrichtung und eine als Rotiermittel eines an der achsialen Ver­ längerung der Schlageinrichtung befindlichen Bohrer­ einsteckendes fungierende Rahmenhülse und ein am Rahmen angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von sich über das Bohrereinsteckende auf den Rahmen richtenden Axialkräften aufweist, welches Axiallager angeordnet ist, sich zum Zustandebringen einer Federung unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druckmediums in der Achsenrichtung zu bewegen.

Bei den zur Zeit verwendeten hydraulischen Schlag­ bohrmaschinen ist die am Rahmen angeordnete Schlag­ einrichtung beabsichtigt, nacheinanderfolgende, achsiale Schläge auf das Bohrereinsteckende zu richten, das beabsichtigt ist, an einer Bohrstange befestigt zu werden. Das Bohrereinsteckende ist z.B. mittels der Rahmenhülse drehbar und achsial gleitend am Rahmen gelagert, welche Hülse im Eingriff mit einem vom Rahmen getragenen Rotiermechanismus ist. Der Rahmen ist dagegen auf einen Vorschubschlitten gestützt und daran befestigt, auf welchem Schlitten die Bohrmaschine entlang einem Vor­ schubbalken der Bohrausrüstung bewegt wird.

Beim Bohren eines Felsen wird ein Schlagimpuls vom Felsen in die Bohrmaschine zurückgeworfen, welcher Impuls eine Kraft veranlasst, die in irgendeiner Weise in der Bohrmaschine aufgenommen werden soll. Zur Auf­ nahme dieser Kraft sind an Bohrmaschinen verschiedene federnde Axiallagerlösungen entwickelt worden, deren Absicht also ist, die Bohrmaschine vor zurückgeworfenen, schlagartigen Spannungsimpulsen zu schützen. Als Bei­ spiele für bekannte federnde Axiallagerlösungen können die Lösungen der finnischen Patentschrift 58 816, der deutschen Auslegeschrift 27 38 956, der schwedischen Auslegeschrift 4 40 873 und der deutschen Offenlegungs­ schrift 26 10 619 erwähnt werden.

Die Schwäche der obenerwähnten, bekannten, federn­ den Axiallager ist u.a. ihre Kompliziertheit und die Anzahl von erforderlichen Abdichtungen sowie das Fehlen der Möglichkeiten zur Regelung der Federung, d.h. die Steife der bekannten Axiallager ist konstant. Weitere Nachteile sind die Verzögerung des Federungsphänomens und seine Abhängigkeit von der auf die Bohrmaschine zu richtenden Vorschubkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine zu schaffen, mittels deren die bei diesem bekannten Stand der Technik vorkommenden Nachteile eliminiert werden können. Dies wurde mittels der erfindungsgemässen Anordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers angeordnet sind, so geregelt zu werden, dass die Lage des Axiallagers sich in einer normalen Betriebssituation der Bohrmaschine zwischen den Endlagen des Axiallagers befindet.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist, dass das Axiallager so geregelt werden kann, dass ein unverzögertes Reagieren auf einen sich auf das Bohrer­ einsteckende richtenden Rückwurfimpuls möglich wird. Ein Vorteil ist auch, dass die Federung des Axiallagers so ausgeführt werden kann, dass ein Verändern eines sich auf das Bohrereinsteckende richtenden pressenden Rück­ wurfs in einen die Ausrüstung beanspruchenden Zugrück­ wurf verhindert wird, wobei die Beanspruchungen der Bohr­ maschine sich im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik erheblich vermindern. Die erfindungsgemässe Konstruktion ist einfach, denn z.B. keine Abdichtungen sind vorhanden. Wegen der einfachen Konstruktion werden die Herstellungs- und Wartungskosten im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik vorteilhaft.

Im folgenden wird die Erfindung mittels einiger, in der beigefügten Zeichnung angeführten, vorteilhaften Ausführungsbeispiele genauer beschrieben, wobei

Fig. 1 eine prinzipielle Seitenansicht einer Bohrmaschine zeigt, die mit einer erfindungsgemässen Axiallageranordnung versehen ist,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss den Pfeilen II-II in Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 die erfindungsgemässe Anordnung in grösserem Massstab zeigt,

Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 nach einem Hub eines Hubkolbens zeigt,

Fig. 5 die Anordnung der Fig. 3 und 4 nach dem Verschieben der Kolben zeigt,

Fig. 6 eine prinzipielle Ansicht einer Bohr­ maschine zeigt, die mit einer Anordnung gemäss der zweiten Ausführungsform der Erfindung versehen ist,

Fig. 7 einen Schnitt gemäss den Pfeilen VII-VII der Fig. 6 zeigt und

Fig. 8 eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung der Fig. 7 zeigt.

Im Beispiel der Fig. 1 bewegt sich ein Hubkolben 1 in einem Rahmen 6, der in einer an sich bekannten Weise aus mehreren Teilen besteht. Ein Bohrereinsteckende 2 ist als ein achsial beweglicher und rotierender Teil auf den Rahmen gestützt. Seine rotierende Bewegung erhält das Bohrereinsteckende 2 mittels einer Zahnradübertragung aus einem separaten hydraulischen Motor. Der hydraulische Motor und die Zahnradübertragung sind in den Figuren nicht gezeigt. Die Peripherie einer Rahmenhülse 3 ist mit einer Verzahnung versehen, die mit dem obigen Zahnrad zusammen­ passt. An der Innenfläche der Rahmenhülse 3 sind Klauen­ zähne angeordnet, die hinsichtlich der Klauenverzahnung des Bohrereinsteckendes achsial beweglich sind. Die beiden Enden der obenerwähnten Rahmenhülse 3 sind an ihrer Peripherie in der Radialrichtung an dem Rahmen 6 gelagert. Das Bohrereinsteckende 2 ist an seinem vorderen Ende am Rahmen 6 und an seinem hinteren Ende an der Rahmenhülse 3 mittels eines Lagers 8 achsial gelagert.

Das Obige besteht aus einer für einen Fachmann auf dem Gebiet an sich bekannten Technik, weshalb diese Details oder ihre Funktion in diesem Zusammenhang nicht genauer beschrieben werden.

Zur Aufnahme der vom Felsen auf die Bohrmaschine zurückgeworfenen Schlagimpulse ist am Rahmen 6 ein federndes, achsiales Drucklager angeordnet, das zum Schaffen der obenerwähnten Federung angeordnet ist, sich unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druck­ mediums in der Achsenrichtung zu bewegen. Erfindungsgemäss sind der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers angeordnet, so geregelt zu werden, dass die Lage des Axiallagers in einer normalen Betriebssituation zwischen den Endlagen des Axiallagers befindlich ist. Dieses Axiallager kann vorzugsweise aus mehreren Kolben 4 ausgeformt werden, die in axialen, mit einem Kanal­ system 7 miteinander verbundenen Gehäusen angeordnet sind, die in gleichen Abständen am Rahmen an dem das Bohrereinsteckende 2 umgebenden Umfang ausgeformt sind. Diese Konstruktion ist besonders deutlich aus Fig. 2 ersichtlich.

Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, ist das Kanalsystem 7 angeordnet, sich in die Böden der Gehäuse hinter den in den Gehäusen angebrachten Kolben zu öffnen. Bei diesem Terminus wird davon ausgegangen, dass die Bohrmaschine in der Vorschubrichtung beobachtet wird. Dieses Kanalsystem 7 besteht aus einem ringförmigen Kanal 7 a und aus Kanälen 7 b, die aus jenem Kanal in die Gehäuse leiten, und aus einem Eingangs- und Ausgangskanal 7 c, 7 d. Im Beispiel der Fig. 1 ist im Ausgangskanal 7 d eine Drossel 12 angebracht, wodurch eine auf den Kopplungsteil des Bohrereinsteckendes zu leitende Schmiermittelströmung geregelt wird. An den Eingangskanal 7 c sind später zu beschreibende hydraulische Komponenten angeschlossen, wodurch die Strömung und der Druck des Druckmediums im Kanalsystems 7 des Axiallagers geregelt wird.

Eine Vorwärtsbewegung der Kolben 4 des Axiallagers wird durch einen am Rahmen 6 befindlichen Ring 5 begrenzt, dessen Innenumfang kleiner ist als der Umfang einer um die Aussenkanten der Kolben 4 gezeichneten Hüllkurve. Eine Rückwärtsbewegung jedes Kolbens 4 wird durch den Boden des betreffenden Gehäuses begrenzt. Die Rahmenhülse 3 ist an ihrem vorderen Ende am Rahmen 6 und an ihrem hinteren Ende an den Stirnflächen der Kolben 4 achsial gelagert. Weil die Kolben 4 ohne Abdichtungen an ihren Platz angeordnet sind, erfolgt ein Lecken von Druck­ flüssigkeit, wobei der Zugang der Druckflüssigkeit in den Hubraum durch eine Abdichtung 9 verhindert ist. Die Abdichtung 9 befindet sich am hinteren Ende des Bohrereinsteckendes am Rahmen 6. Der Ausgang des als Druckflüssigkeit fungierenden Öls aus dem Vorderteil des Rahmens 6 heraus ist dagegen durch eine Abdichtung 11 verhindert. In der obigen Beschreibung bedeutet der Terminus "vorwärts" eine in der Vorschubrichtung der Bohrmaschine erfolgende Bewegung und der Terminus "rück­ wärts" entsprechend eine hinsichtlich der Vorschubrichtung umgekehrte Bewegung usw.

Die Konstruktion und Schmierung des Kopplungs­ teils der Rahmenhülse 3 und des Bohrereinsteckendes 2 können z.B. der Konstruktion der finnischen Patent­ schrift 66 459 ähnlich sein. Betreffend Schmierung kann in diesem Zusammenhang nur festgestellt werden, dass Luft vor die Abdichtung 9 in das hintere Ende des Bohrereinsteckendes 2 geleitet wird. Die Lufteinblasung wird mittels der Referenz IP in Fig. 1 bezeichnet. Die Aufgabe dieser Luft ist, das Öl an Schmierstellen der Lager zu befördern und Schwankungen bei der Strömung auszugleichen und eine Kavitation zu verhindern. Das Öl wird entlüftet, bevor es filtriert und in den Tank ein­ geführt wird.

Das in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendete Axiallager wird in grösserem Massstab in den Fig. 3-5 gezeigt. Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf diese Figuren beschrieben.

In Fig. 3 ist der begrenzte Bewegungsbereich der Kolben 4 des Axiallagers mit einem Zeichen Δ X bezeichnet. Unter dem Terminus "der begrenzte Bewegungsbereich" wird in diesem Zusammenhang der axiale Bewegungsbereich ver­ standen, wo der Kolben sich bewegen kann. Dieser Bewegungs­ bereich ist mittels des Rings 5 und des Gehäusebodens begrenzt, wie oben angeführt wurde. In Fig. 3 ist der Kolben 4 am Gehäuseboden gemessen in einer Lage Y. Der in das Kanalsystem 7 zu leitende Druck richtet eine Kraft auf die Kolben 4, wobei jeder Kolben 4 sich gegen die Rahmenhülse 3 stützt, die sich ihrerseits gegen das Bohrereinsteckende 2 stützt. Diese Situation wird in Fig. 3 gezeigt.

Ein Hub des Hubkolbens 1 auf das Ende des Bohrer­ einsteckendes 2 bringt ein stufenweises und schnelles Verschieben Δ Z des Bohrereinsteckendes zustande. Diese Situation wird in Fig. 4 gezeigt.

Nach dieser Situation folgt die Rahmenhülse 3 von den Kolben 4 verschoben schnell der Bewegung des Bohrereinsteckendes 2, so dass die Rahmenhülse wieder an dem Bohrereinsteckende 2 anliegt. Diese Situation wird in Fig. 5 gezeigt.

Nach dem von dem obenerwähnten Hubkolben 1 erzeugten Hub veranlasst der vom Felsen zurückgeworfene Spannungsimpuls eine schnelle, stufenweise Verschiebung am Bohrereinsteckende 2, jedoch in umgekehrter Richtung im Vergleich zu der obenangeführten. Beim zurückgeworfenen Impuls befindet sich die Rahmenhülse 3 jedoch in der Stellung der Fig. 5, wobei die achsiale Bewegung des Bohrereinsteckendes 2 mittels der federnden Kolben 4 des Axiallagers aufgenommen wird. Weil die Kolben 4 und die Rahmenhülse den Bewegungen des Bohrereinsteckendes nahezu ohne Verzögerung folgen, kann der sich auf das Bohrer­ einsteckende 2 richtende Rückwurfimpuls mittels der Kolben des Axiallagers aufgenommen werden, und zwar unabhängig von der Eingangsverzögerung des Rückwurf­ impulses.

Wenn eine solche Situation entsteht, dass die Kolben 4 sich in ihre vordere Endlage verschoben haben, d.h. in eine Lage, wo Y=Δ X, so können die Kolben 4 der weiter erfolgenden Verschiebung des Bohrereinsteck­ endes nicht folgen. Dann würde das Bohrereinsteckende ungestützt sein, wobei der sich auf das Bohrereinsteck­ ende richtende, zurückgeworfene Druckspannungsimpuls sich als Zugimpuls zurückwenden würde, der die Aus­ rüstung und ihre Fugen beansprucht. Die Rahmenhülse 3 erreicht das Bohrereinsteckende 2 und zwar von einer sich auf die Bohrmaschine richtenden Vorschubkraft verschoben. Dies erfolgt jedoch mit einer grossen Zeitverzögerung, während welcher Zeit die Kolben 4 des Axiallagers die sich auf das Bohrereinsteckende richtenden Rückwurfimpulse nicht abdämpfen können.

Andererseits kann festgestellt werden, dass die Federung dann ganz verhindert ist, wenn die Kolben 4 in ihren hintersten Endlagen sind, d.h. wenn Y=0.

Auf Grund des Obigen kann festgestellt werden, dass die Kolben sich beim Betrieb der Bohrmaschine zwischen diesen Endlagen befinden sollen, wobei eine in jeder Situation flexible Funktion gemäss den Fig. 3-5 zustandegebracht wird. Die Lage des Kolbens soll somit die folgende Bedingung erfüllen:

0 < Y < Δ X

Diese Bedingung bedeutet, dass der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers so geregelt werden, dass die Lage der Kolben sich in einer normalen Situation immer zwischen den erwähnten Endlagen befindet, wobei eine Bewegung der Dämpfungs­ kolben 4 in allen normalen Betriebssituationen in den beiden Richtungen möglich ist.

In Fig. 1 wird eine vorteilhafte hydraulische Kupplung gezeigt, mittels deren die obenbeschriebene Funktion zustandegebracht wird. Eine als Druckflüssig­ keit verwendete hydraulische Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe 20 über ein Widerstands-Rückschlagklappen­ ventil 13 durch einen Kanal 17 dem Eingangskanal 7 a zugeführt. Die erwünschte Funktion wird dadurch zustandegebracht, dass ein geeignetes Druckniveau für das System mittels eines Druckbegrenzungsventils 15 geregelt wird. Die Regelung der Federung des Axiallagers wird mittels des Widerstands-Rückschlagklappenventils 13 auf einen erwünschten Wert ausgeführt. Die Geschwin­ digkeit der Kolben 4 wird durch einen Druckakkumulator 14 zustandegebracht, der das Kanalsystem 7 über das Rückschlagklappenventil 13 beaufschlagt.

In den Fig. 6-8 wird eine zweite Ausführungs­ form der Erfindung gezeigt, wobei das Axiallager selbst dem Axiallager der Ausführungsform der Fig. 1 gleich ist, aber die hydraulische Kupplung unterscheidet sich von der hydraulischen Kupplung der Fig. 1.

Im Beispiel der Fig. 6-8 wird der durch­ schnittliche Druck des Kanalsystems 7 mittels des Ventils 15 geregelt. Das Ventil 15 kann dann beispiels­ weise mechanisch auf der Basis der Lage eines Kolbens 4 gesteuert werden. Eine Verwirklichungsweise für diese Steuerung wird in Fig. 8 gezeigt.

Bei der Ausführung der Fig. 8 ist das Druck­ begrenzungsventil 15 aus einer mechanisch mit einem Kolben 4 verbundenen Spindel ausgeformt. Der Kolben 4 steuert dann direkt die Spindel 15, die ihrerseits den Druck eines mit dem Eingangskanal 7 c des Axiallagers verbundenen Kanals A (Fig. 8) entweder zu dem Druck P (Kanal 17) der Pumpe 20 oder zu einem gedrosselten Tankanschluss 16 (Fig. 8) steuert, und zwar je nach der Lage des Kolbens 4. Wenn der Kolben 4 sich dem vordersten Begrenzer nähert, wird der Druck des Kanal­ systems 7 reduziert, und entsprechend, wenn der Kolben 4 sich seiner hinteren Endlage nähert, wird der Druck in diesem Kanalsystem 7 erhöht. In dieser Weise verbleibt die durchschnittliche Lage des Kolbens 4 zwischen den Endlagen.

Die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind keineswegs beabsichtigt, die Erfindung zu beschränken, sondern die Erfindung kann in vielen verschiedenen Weisen im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Somit ist es klar, dass die Erfindung oder ihre Teile nicht genau so sein brauchen, wie in den Figuren gezeigt, sondern auch andersartige Lösungen können verwendet werden. In der Ausführungsform der Fig. 6 kann zur Steuerung des Ventils 15 auch ein Signal ver­ wendet werden, das von einem Messgeber erhalten wird, womit die durchschnittliche Lage eines Kolbens gemessen wird. Das Ventil 15 kann dann z.B. ein elektrisches Proportionalventil sein. Die Gehäuse zum Anbringen der Kolben können in jeder beliebigen geeigneten Weise hergestellt werden, und zwar z.B. dadurch, dass Zylinder von geeigneter Grösse am Rahmen gebohrt werden. Ent­ sprechend können die Kolben aus geraden Zylinderzapfen usw. ausgeformt werden. Das Axiallager braucht auch nicht unbedingt aus Kolben gemäss den Figuren aus­ geformt sein, sondern auch andersartige Lösungen, z.B. ein von einem niedrigen zylinderförmigen Stück gebildetes Lager usw., sind möglich. Das zur Regelung des Axial­ lagers verwendete hydraulische System kann mit dem Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes in Reihe geschaltet sein, wie in den Figuren gezeigt wird, aber dies ist nicht die einzige Möglichkeit, denn das Regelsystem des Axiallagers und das Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes können auch zu separaten, selbständigen Systemen gebildet werden, wenn es notwendig gefunden wird.

Claims (10)

1. Anordnung für ein Axiallager einer Bohr­ maschine, die einen Rahmen, eine am Rahmen angeordnete Schlageinrichtung und eine als Rotiermittel eines an der achsialen Verlängerung der Schlageinrichtung befindlichen Bohrereinsteckendes fungierende Rahmenhülse und ein am Rahmen angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von sich über das Bohrereinsteckende auf den Rahmen richtenden Axialkräften aufweist, welches Axiallager angeordnet ist, sich zum Zustandebringen einer Federung unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druckmediums in der Achsenrichtung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers angeordnet sind, so geregelt zu werden, dass die Lage (Y) des Axiallagers sich in einer normalen Betriebssituation der Bohrmaschine zwischen den Endlagen (0, Δ X) des Axiallagers befindet.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager aus mehreren Kolben (4) ausgeformt ist, die in axialen, durch ein Kanalsystem (7) miteinander verbundenen Gehäusen angeordnet sind, die am Rahmen (6) an dem das Bohrereinsteckende (2) umgebenden Umfang ausgeformt sind.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckniveau des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druck­ mediums angeordnet ist, mittels eines Druckbegrenzungs­ ventils (15) auf ein erwünschtes Niveau geregelt zu werden, welches Ventil auf der Druckseite einer Druckmedium zuführenden Pumpe (20) angeordnet ist, dass das Druck­ medium angeordnet ist, über ein Widerstands-Rückschlag­ klappenventil (13) dem Kanalsystem (7) zugeführt zu werden, dass die Federung des Axiallagers angeordnet ist, mittels des Widerstands-Rückschlagklappenventils (13) geregelt zu werden und dass eine Beaufschlagung des Druckmediums, die eine schnelle Bewegung der Kolben (4) zustandebringt, angeordnet ist, mittels eines über das Widerstands-Rückschlagklappenventil (13) mit dem Kanalsystem (7) verbundenen Druckakkumulators (14) zu erfolgen.

4. Anordnung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung des Kanalsystems (7) angeordnet ist, durch Regelung des durchschnittlichen Drucks des Kanalsystems mittels des Druckbegrenzungsventils (15) zu erfolgen, das auf der Druckseite der Druckmedium zuführenden Pumpe (20) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Druckbegrenzungsventils (15) angeordnet ist, auf der Basis der Lage eines Kolbens (4) zu erfolgen.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs­ ventil (15) aus einer mechanisch mit dem Kolben (4) verbundenen Spindel ausgeformt ist, die angeordnet ist, den Druck des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druck­ mediums zwischen dem Druck der Pumpe (20) und dem Druck eines gedrosselten Tankanschlusses (16) zu regeln, und zwar je nach der Lage des Kolbens (4).

7. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs­ ventil (15) ein elektrisches Proportionalventil ist, das angeordnet ist, mittels eines Signals eines die durch­ schnittliche Lage des Kolbens (4) messenden Messgebers geregelt zu werden.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3-7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das die Lage des Axiallagers regelnde Druckmediumsystem über eine Drossel (12) mit dem Schmiersystem des Kupplungteils des Bohrereinsteckendes (2) in Reihe geschaltet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Stirnflächen der Kolben (4) als Lager­ fläche der Rahmenhülse fungieren.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kolben (4) aus einem verschleissbe­ ständigen Material, wie z.B. aus Hartmetall, Stellit usw., bestehen.