DE855387C - Gesteinsdrehbohrmaschine - Google Patents

Gesteinsdrehbohrmaschine

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DE855387C
DE855387C DED2955A DED0002955A DE855387C DE 855387 C DE855387 C DE 855387C DE D2955 A DED2955 A DE D2955A DE D0002955 A DED0002955 A DE D0002955A DE 855387 C DE855387 C DE 855387C
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drilling machine
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rock drilling
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DED2955A
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English (en)
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Alwin Dipl-Ing Duesterloh
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/081Screw-and-nut feed mechanisms
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B19/08Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods

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Description

  • Gesteinsdrehbohrmaschine Die Erfindung betrifft eine Gesteinsdrehbohrmaschine, bei der sowohl die Drehzahl des Bohrers als auch dessen Vorschubgeschwindigkeit in gewissen Grenzen voneinander unabhängig regelbar sind.
  • Die bisher bekannten Drehbohrmaschinen besitzen meist je einen Motor für die Drehung und für den Vorschub des Bohrers, wobei der letztere über ein Getriebe ein Ritzel antreibt, das in eine Zahnstange eingreift. Der Nachteil solcher Maschinen besteht in einer sehr langen Bauart, um die im allgemeinen erwünschte Bohrlochtiefe von z bis 3 m zu erreichen. Als Antrieb für beide Bewegungen dienen hierbei Motoren, deren Leistungen bzw. Drehmomente in einem vorher festgelegten bestimmten Verhältnis stehen. In der Praxis ergibt sich dadurch die Schwierigkeit, daß in weichem Gestein beide Bewegungen zu schnell vor sich gehen, so daß der Bohrer im Bohrstaub festläuft, während in hartem Gestein der Gegendruck so stark werden kann, daß ein Vorschub des Bohrers nicht mehr erfolgt und die Schneiden schnell abgeschliffen werden.
  • Es sind auch elektrische Bohrmaschinen kleinerer Leistungen für den Kali- und Salzbergbau bekanntgeworden, bei denen eine Bohrspindel über ein Übersetzungsgetriebe angetrieben wird und der Vorschub durch eine vom gleichen Motor angetriebene Mutter erfolgt, die der Gewindespindel zugeordnet ist. Bei diesen :Maschinen sind die Drehzahl und der Vorschub in ein bestimmtes konstantes Verhältnis gebracht, das nur durch Austausch von Getrieberädern verändert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, eine Drehbohrmaschine für Gestein verschiedener Härten zu schaffen, die eine optimale Leistung erzielt und sogar während des Betriebes schnell den wechselnden Gesteinshärten angepaßt werden kann. Die Bedingungen, die hierfür erfüllt werden müssen, sind sehr verschiedenartig; bei weichstem Gestein muß die Vorschubgeschwindigkeit ein bestimmtes Maximum erreichen, um das Freischneiden des Bohrers und das Ausspülen des Bohrstaubes zu gewährleisten, so daß auch die Drehzahl nicht allzu hoch werden darf. Bei härtestem Gestein muß trotz niedrigerer Drehzahl des Bohrers immer ein gewisser Vorschub vorhanden sein, damit die Bohrerschneiden ständig einen Bohrspan schneiden, um nicht zu schnell zu verschleißen. Dazwischenliegende Gesteinshärten bedingen jeweils eine Anpassung der Drehzahl und der Vorschubgeschwindigkeit an die praktischen Bedürfnisse und insbesondere auch ein bestimmtes Verhältnis zwischen diesen.
  • Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Drehzahl durch einen auf die Antriebsmaschine wirkenden, von außen einstellbaren Fliehkraftregler und die Vorschubgeschwindigkeit durch einen Servomotor geregelt wird, der über eine Schnecke eine die Bohrspindel umgreifende Mutter antreibt, die innen das Gewinde der Bohrspindel und außen das Schneckengewinde trägt.
  • Dadurch, daß die Bohrmutter gegenüber der Bohrspindel verschiedene Geschwindigkeiten erhalten kann, läßt sich in weiten Grenzen die Vorschubgeschwindigkeit unabhängig von der Drehzahl regeln. Wenn beispielsweise die Normaldrehzahl des Motors 1500 UPM und das Untersetzungsverhältnis i : 3 beträgt, so ist die mittlere Drehzahl des Bohrers 500 UPM. Sie sinkt bei einer Motordrehzahl von goo auf 300 UpM und kann bei einer Drehzahl von 2ioo bis auf 7oo UpM steigen. Bei diesen Werten liegen auf Grund vorliegender praktischer Erfahrungen etwa die für die verschiedenen Gesteinshärten erforderlichen Drehzahlen.
  • Man kann nun den Antrieb der Bohrmutter so gestalten, daß entweder bei ihrem Stillstand die mittlere Vorschubgeschwindigkeit gegeben ist und durch Antrieb der Bohrmutter in der einen oder anderen Richtung der Vorschub vergrößert oder verkleinert werden kann oder daß dem Stillstand der Bohrmutter die maximale bzw. minimale Vorschubgeschwindigkeit entspricht und ihr Antrieb nur in einer Richtung erfolgt. Weiterhin ist es möglich, auf diese Weise sogar eine Umkehrung des Vorschubs zu erreichen und damit den Bohrer unter Beibehaltung seiner Drehrichtung zurückziehen zu können.
  • Für die praktische Leistung einer Gesteinsdrehbohrmaschine ist aber nicht nur ihre Bohrleistung selbst maßgebend, sondern auch die Möglichkeit, schnell und ohne große Ortsbewegungen der gesamten Maschine die Bohrer auswechseln zu können.
  • Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Bohrspindel hohl ausgebildet und in ihrem vorderen Ende mit einem Klemmfutter ausgerüstet. Zweckmäßig wählt man hierbei die Bohrung der Spindel so weit, daß der Bohrer von rückwärts ausgewechselt werden kann. Dies hat nicht nur beim Auswechseln, sondern auch beim Nachfassen längerer Bohrer bedeutende praktische Vorteile, da hierdurch eine besondere Führung des Bohrers überflüssig wird. Er kann beim Ansetzen des Bohrloches kurz gefaßt und nach dem Eindringen in das Gestein ein- oder mehrmals nachgefaßt werden. Dadurch ergibt sich eine kurze Bauart der Maschine, da für den Vorschub nur ein Teil der Bohrerlänge als Hub erforderlich ist. Um ein schnelles und sicheres Nachfassen des Bohrers zu gewährleisten, ist es weiterhin vorteilhaft, diesen als mehr-, z. B. sechskantigen Hohlbohrer auszubilden.
  • In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Bohrmaschine, Abb. 2 ebenfalls einen Längsschnitt senkrecht hierzu, Abb.3 einen Querschnitt durch den Antrieb der Bohrmutter und Abb. 4 einen teilweisen Schnitt durch ein Klemmfutter mit Einzelheiten seiner Betätigung.
  • Eine hohle Gewindespindel i dient zur Aufnahme des Bohrers 2, der von hinten durch die Bohrung der Spindel eingeschoben werden kann. An ihrem vorderen Ende besitzt die Spindel i ein Klemmfutter 3, welches leicht lösbar ist und den Bohrer 2 in beliebigen Längen sicher festhält. Der Antrieb der Spindel i erfolgt über ein Vorgelege 4 durch einen Druckluftzahnradmotor 5, der in dem gewählten Beispiel umsteuerbar ist. Ein Drehzahlregler 6, der unter dem Einfluß einer Druckfeder 7 steht und von einer Einstellschraube 8 aus auf verschiedene Drehzahlen leicht einstellbar ist, übernimmt die Regelung der Motordrehzahl, die der Bohrerdrehzahl unmittelbar proportional ist.
  • Der Antrieb der Spindel i erfolgt durch die Zahnräder des Vorgeleges 4 unter Zwischenschaltung einer Führungsbüchse g, die durch Keile io in entsprechende Längsnuten ii der Spindel i eingreift.
  • Die Spindel i ist von einer Mutter 12 umgeben, die innen das Gewinde der Spindel i besitzt und außen als Schneckenrad ausgebildet ist, in das eine Schnecke 13 eingreift, die von einem Servomotor 14, der ebenfalls als Druckluftmotor ausgebildet ist, angetrieben werden kann.
  • Wird die Mutter 12 mit Hilfe der Schnecke 13 im gleichen Drehsinn wie die Gewindespindel i angetrieben, so ergibt sich eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit; im umgekehrten Fall, der durch Umsteuerung des Servomotors 14 zu erzielen ist, wird der Vorschub beschleunigt. Steht der Antriebsmotor still, so wird auch die Mutter 12 infolge der selbsthemmenden Wirkung des Schneckenantriebs stillstehen, woraus sich eine mittlere Vorschubgeschwindigkeit ergibt. Diese entspricht dem Produkt aus Gewindesteigung und jeweiliger Drehzahl der Spindel.
  • Es läßt sich aber auch erreichen, daß der Antriebsmotor 14 die Schnecke 13 nur in einer Richtung anzutreiben braucht, also nicht umsteuerbar sein muß, indem man dem Stillstand der Mutter 12 die maximale Vorschubgeschwindigkeit zuordnet. Beim Antrieb der Mutter 12 im gleichen Drehsinn wie die Spindel i wird dann die Vorschubgeschwindigkeit in beliebiger Weise vermindert.
  • Umgekehrt ist es aber auch möglich, dem Stillstand der Mutter 12 die kleinste Vorschubgesrhwindigkeit zuzuordnen, dann muß aber der Antrieb der Mutter im umgekehrten Drehsinn erfolgen, um größere Vorschubgeschwindigkeiten zu erzielen.
  • Die kleinste erforderliche Leistung für den Servomotor 14 ergibt sich natürlich, wenn die Mutter 12 immer nur im gleichen Drehsinn wie die Spindel umläuft, so daß die maximale Vorschubgeschwindigkeit beim Stillstand der Mutter vorgesehen werden sollte.
  • Bei Wahl der kleinsten Vorschubgeschwindigkeit ist aber in allen Fällen, selbst bei geringsten Tourenzahlen des Motors 5, darauf zu achten, daß die Drehzahl der Mutter 12 immer etwas kleiner bleibt als die Drehzahl der Spindel i, damit ein gewisser Vorschub des Bohrers gewährleistet bleibt und ein Stumpfwerden der Bohrerschneiden, wie oben gesagt, durch Schleifen gegen das Bohrlochtiefste vermieden wird.
  • Bei einem Übersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes von beispielsweise i = i : io muß also dafür gesorgt werden, daß bei einer Drehzahl des Bohrers 2 von 300 UpM der Motor 14 stets unter 3000 UpM bleibt, was durch Drosselung des Lufteintritts leicht erreicht werden kann.
  • Zweifellos besitzt der Druckluftmotor als Antrieb für die Drehung des Bohrers 2 insofern Vorteile, als seine Drehzahl durch den Regler 6 über weite Grenzen veränderlich gestaltet und dadurch die jeweils optimale Bohrleistung in allen Härtegraden der Gesteine leicht erreicht werden kann und weil er gegen Überlastungen unempfindlich ist. Da es erfahrungsgemäß aber noch mehr auf eine gute Regelung der Vorschubgeschwindigkeiten ankommt, die, wie oben beschrieben, am besten durch einen Druckluftmotor und ein Schneckengetriebe erreicht werden kann, schließt vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Elektromotors für den Antrieb der Spindel i oder des Bohrers 2 ein, selbst wenn dieser mit gleichbleibender Drehzahl umläuft.
  • Soll als Antrieb der Mutter 12 dann ebenfalls ein Elektromotor mit gleichbleibender Drehzahl gewählt werden, so müßte zweckmäßig ein Getriebe genommen werden, welches schaltbar oder stufenlos die Veränderung der Muttergeschwindigkeit ermöglicht. Ein polumschaltbarer Motor wäre dann sicherlich vorzuziehen, der in einem Drehsinn eine Verminderung und im anderen Drehsinn eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit erzeugen kann, während beim Stillstand des Motors die mittlere Vorschubgeschwindigkeit des Bohrers erreicht wird.
  • Die Ausbildung der Einspannvorrichtung 3 für den Bohrer 2 ist in Abb. 4 einzeln herausgezeichnet, um zu verdeutlichen, wie die erwähnte schnelle Auswechselung und das Nachfassen des Bohrers 2 bewirkt werden. Klemmbacken 21 legen sich um den Schaft des Bohrers 2 und werden durch die Hülse 22 mit dem Bodenstück 23, die von einer Feder 24 beaufschlagt wird, gegen das eigentliche Klemmfutter 30 gepreßt.
  • Durch den Federdruck zieht sich die Spannvorrichtung bei jedem Betriebszustand selbständig fest, während durch den Bohrandruck die Klemmbacken 21 sich immer fester in das Klemmfutter 30 einpressen und dadurch ein sicheres Halten des Bohrers 2 gewährleisten.
  • Um den Bohrer 2 zu lösen, wird am Ende des Rückwärtshubes der Spindel i bzw. des Bohrers 2 der Ansatt 26 der Hülse 22 gegen einen Ventilkopf 25 bewegt, der die Hülse 22 und die Klemmbacken 21 in Richtung auf das Bohrloch verschiebt, so daß unter Überwindung der Feder 24 die Freigabe des Bohrers hierdurch veranlaßt wird.
  • Indem der Ventilkopf 25 also als Anschlag dient, um den Bohrer zu lösen, muß hierbei gleichzeitig ein Stillsetzen der Maschine erreicht werden. Am Ende des Rückhubes geschieht das erfindungsgemäß am einfachsten durch Niederdrücken des Ventils 29, wodurch Preßluft auf das Ventil 28 geleitet wird, welches vor dem Lufteintritt des Motors angeordnet ist.
  • Die Preßluft für die Umsteuerung des Ventils 28, welches einseitig durch eine Druckfeder 31 belastet wird wird dem Steuerkanal des Motors, der den Rücklauf der Spindel bewirkt, beispielsweise dem Kanal 27 der Abb. i entnommen.
  • Das Vorschieben des Bohrers geschieht bei gelöster Spannvorrichtung am hinteren Ende der Maschine von Hand. Nach der Umsteuerung des Antriebsmotors in Bohrrichtung schließt sich zunächst das Ventil 29, während sich dann die Spannvorrichtung durch den Federdruck automatisch festzieht.

Claims (6)

  1. PATENTANSPROCHE: i. Gesteinsdrehbohrmaschine mit regelbarer Vorschub- und Drehgeschwindigkeit des Bohrers, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl durch einen auf die Antriebsmaschine wirkenden, von außen einstellbaren Fliehkraftregler und die Vorschubgeschwindigkeit durch einen Servomotor regelbar sind, der über eine Schnecke eine die Bohrspindel umgreifende Mutter antreibt, die innen das Gewinde der Bohrspindel und außen das Schneckengewinde trägt.
  2. 2. Gesteinsdrehbohrmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspindel hohl und an ihrem vorderen Ende mit einem Klemmfutter ausgerüstet ist.
  3. 3. Gesteinsdrehbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmfutter durch Federbelastung festziehbar und durch einen Anschlag lösbar ist.
  4. 4. Gesteinsdrehbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Lösen des Klemmfutters gleichzeitig der Antriebsmotor stillsetzbar ist.
  5. 5. Gesteinsdrehbohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung der Bohrspindel so weit gewählt ist, daß der Bohrer von rückwärts auswechselbar ist.
  6. 6. Gesteinsdrehbohrmaschine nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrer als mehr-, z. B. sechskantiger Hohlbohrer ausgebildet ist. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 122439, 231819, 545089.
DED2955A 1950-05-28 1950-05-28 Gesteinsdrehbohrmaschine Expired DE855387C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1053445B (de) * 1955-12-20 1959-03-26 Alwin Duesterloh Dipl Ing Gesteinsdrehbohrmaschine mit einem den Bohrer antreibenden und vorschiebenden Antriebsmotor
DE1176080B (de) * 1957-11-05 1964-08-20 Dipl Berging Albrecht Graefer Drehschlagbohrmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE122439C (de) *
DE231819C (de) *
DE545089C (de) * 1928-10-04 1932-02-25 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Spannkopf fuer Gesteinsbohrmaschinen

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