-
Drehbohrmaschine, insbesondere Gesteinsdrehbohrmaschine Die Erfindung
betrifft eine Drehbohrmaschine, insbesondere Gesteinsdrehbohrmaschine. Der Ausdruck
Gestein ist hier in einem weiteren Sinne zu verstehen und umfaßt z. Bauch Kohle,
Salze u. dgl.
-
Die neue Drehbohrmaschine enthält zwei arbeitende Getriebestufen und
unterscheidet sich von dem Bekannten dadurch, daß die eine Getriebestufc außer einem
geringen konstanten Moment vorzugsweise ein der Andruckkraft proportionales Drehmoment
und die andere Getriebestufe nur ein diesen proportionalen Wert übersteigendes Zusatzmoment
überträgt, -so daß insgesamt über beide Getriebestufen das an der Bohrstange erforderliche
Drehmoment von der Spindel auf die Bohrwelle übertragen wird.
-
überschreitet der Wert der erfurderlichen Andruckkraft einen über
das proportionale Maß hinaus gehenden bestimmten Betrag, so tritt bei der bevorzugten
Ausführungsform ein Schlupf zwischen der Bohrwelle und der zweiten Getriebestufe
auf und bewirkt eine Verlangsamung des Bohrvorschubes. Die Abhängigkeit der maximalen
Andruckkraft von dem an die Bohrwelle abgegebenen Moment wird durch die Anwendung
der Gewindemechanik des Spindelg-ewindes erreicht, da bekanntlich bei Vernachlässigung
der Reibungseinflüsse die von einem Gewinde übertragenen Dreh- und Längskräfte einander
proportional sind. Da umgekehrt das an die Bohrwelle abgebbare Drehmoment nicht
von der an der Bohrschneide geforderten Andruckkraft begrenzt ist, hängt das maximale
Drehmoment nur von der Leistungsfähigkeit des Antriebsmotors ab.
-
Der Rücklauf des Bohrers erfolgt bei nicht drehender Bohrwelle als
sogenannter Schnellrücklauf, bei dessen Verhinderung, z. B. nach Erreichen der hinteren
Endlage, die Blockierung der Bohrwelle
aufgehoben und diese mit
voller Maschinenkraft linksdrehend angetrieben wird. Letzterer Effekt kann zum maschinellen
Loslösen der Bohrschneide von der Bohrstange benutzt "verden. Die neue Bohrmaschine
besitzt durch die erfindungsgemäße Anordnung ihrer Getriebeteile im Zusammenwirken-
mit dem weichen Drehzahlverhalten des Antriebsmotors eine große Anpassungsfähigkeit
an die auftretenden Arbeitsverhältnisse. Die neue Bohrmaschine ist damit einfach
zu bedienen und wegen ihres einfachen mechanischen Aufbaues betriebssicher.
-
Zur näheren Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen, in der
ein -Ausführungsbeispiel der neuen Bohrmaschine dargestellt ist; es zeigt Fig. i
eine Gesamtdarstellung in Seitenansicht, Fig. 2 einen Querschnitt der Fig. i nach
der Linie II-II, Fig.3 einen Schnitt durch den Antriebskopf und die die Kräfte übertragenden
Bauelemente und Fig. z. eine Einzeldarstellung.
-
Das Grundgestell der dargestellten Bohrmaschine umfaßt als wesentlichen
Teil ein Führungsbett; es ist aus zwei U-Schienen i und 2 zusammengesetzt, die durch
mehrere Stege 3 zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Das aus den Teilen i bis 3
bestehende Grundgestell kann von einem beliebigen Halter getragen sein. Im Ausführungsbeispiel
ist eine Halterung nach Art einer Parallelführung angenommen. Von ihr sind in Fig.
i der mit dem Grundgestell 1, 2, 3 verbundene Tragkopf q. und die beiden Stangen
5 der Parallelogrammführung sichtbar. Die Stangen 5 führen zu einem Haltekopf, der
in an sich bekannter Weise an einem Ständer oder einem Wagen, dem :sogenannten Bohrwagen,
befestigt ist.
-
Die U-Schienen i und 2 sind vorn mit einem Endstück 6 verbunden, das
seinerseits :einen Abstützkopf 7 und ferner ein Lager 8 .für die Bohrstange 9 trägt.
Auf das vordere Ende der Bohrstange 9 ist die Bohrschneide- io :aufgeschraubt. Mit
ihrem rückwärtigen Ende ist die Bohrstange 9 über die Kupplung i i mit der Verlängerung
12 der Bohrstange verbunden. Diese Verlängerung 12 der Bohrstange ist im wesentlichen
innerhalb des Antriebskopfes 13 gelagert und im folgenden der besseren 'Unterscheidung
halber als Bohrwelle 12 bezeichnet.
-
An dem ,aus den Teilen i bis 3 bestehenden Grundgestell ist drehbar,
aber nicht längs verschiebbar, die Gewindespindel 14 gelagert; sie wird vorzugsweise
unter Zwischenschaltung eines Getriebes 15 über eine Gelenkwelle 16 von einem Motor
i; angetrieben. Dieser Motor 17 ist vorzugsweise leicht lösbar an dem Traggestell
i bis 3 unbeweglich gehaltert. Das Getriebe 15 bewirkt lediglich eine Über-bzw.
Untersetzung zwischen der Welle 16 und der Spindel 14. Der Antriebskopf 13 ist,
wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, ran den U-förmigen Schienen i und 2 geführt.
Der Vorschub des Antriebskopfes 13 und der über ihn .angetriebenen Bohrstange 9
erfolgt durch Drehen der Spindel 14. Im einzelnen geht das noch aus der folgenden
Be- ! schreihung der Fg. 3 hervor. i In Fig. 3 ist das Gehäuse des Antriebskopfes
13 mit 18 bezeichnet. An diesem Gehäuse 18 stützt sich die Bohrwelle 12 mit ziem
Drucklager 2o ab. Durch einen Bund 34. wird die Welle 12 innerhalb des Gehäuses
gegen Längsverschiebungen gesichert. Wesentliche Belastungen sind am Bund 3¢ nicht
zu erwarten, da der Andruck vom Drucklager ao aufgenommen wird. Die vom Bund 3¢
aufzunehmenden Belastungen bei gehemmtem Rücklauf sind demgegenüber verhältnismäßig
klein. Der über die Bohrstange 9 und die Bohrwelle 12 auf das Gehäuse 18 ausgeübte
Druck wird von der Spindel 1 ¢ aufgefangen, die ihrerseits mit dem Drucklager 36
sich am Endstück 6 des Grundgestells 1, 2, 3 abstützt. Das Gehäuse 18 hält sich
gleichsam über die i noch zu beschreibenden Getriebeteile an der Spindel 14 fest
und diese wiederum an dem Endstück 6, so daß also die auf die Bohrschneide io wirkende
Andruckkraft schließlich von dem Drucklager 36 aufgenommen wird. Hierbei wird der
mit dem Drucklager 36 verbundene vordere Teil der Spindel 14 auf Zug beansprucht,
und zwar lediglich auf Zug.
-
Der Antrieb für die Vorschubbewegung und für die Drehbewegung der
Teile 12 und 9 erfolgt über die vom hinteren Ende aus (vgl. Fig. i) angetriebene
Spindel 14- Mit der Spindel 14 ist hinsichtlich ihrer Drehbewegung das Zahnrad 2
i gekuppelt. Es ist über zwei Paßfedern 21a, die in zwei entsprechenden Längsnuten
j 4a der Spindel 14 eingreifen, mit dieser gekuppelt und in der Längsrichtung zur
Spindel 1 q. verschiebbar. Das Zahnrad 21 steht in ständigem Eingriff mit dem Zahnrad
22, das lose drehbar auf der Bohrwelle 12 aufgebracht ist. Die Bohrwelle 12 trägt
auf dem mit einem nicht selbst sperrenden, z. B. mehrgängigen Linksgewinde versehenen
Teil ihrer Länge eine Bremsmutter 31 und ein Zahnrad 24, die je mit entsprechendem
Innengewinde versehen sind. Die Bremsmutter 31 ist in ihrem hinteren Teil (in der
Zeichnung rechts) zur Bremskupplung 32, z. B. Kegelkupplung, ausgebildet und hat
am vorderen Ende einen Bund 3 5. Eine rechtsgewundene Torsionsfeder 30 ist
mit ihrem einen Ende an der Bremsmutter 31 befestigt und stützt sich mit ihrem anderen
Ende gegen ein starr mit der Bohrwelle verbundenes Widerlager 33 ab. Das Zahnrad
z4 trägt an seiner hinteren Seitenfläche eine Mitnehmerhülse i g. Die Funktion dieser
Mitnehmerhülse i 9 wird im folgenden noch beschrieben. Die Drehbewegung der Spindel
1 ¢ wird im Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 21 und 22 auf die Bohrwelle 12
laufend übertragen. Die kraftschlüssige Verbindung des Zahnrades 22 mit der Bohrwelle
12 wird über. die Bremskupplung 32 und das Linksgewinde zwischen Bremsmutter 31
und Bohrwelle 12 hergestellt. Zur Durchführung der Vorschubbewegung dient die Spindelmutter
25. Sie ist an ihrem vorderen Ende als Zahnrad 23 ausgebildet und trägt vorzugsweise
:auf ihrer ganzen Länge ein Innengewinde, mit dem sie in die Spindel 1 ¢ eingreift.
Dias Zahnrad 23 steht im Eingriff mit dem auf der Bohrwelle 12 sitzenden Zahnrad
2q.. Es kann zunächst angenommen werden, daß das Zahnra:
d 24 starr
mit der Bohrwelle 12 verbunden sei. Am vorderen Ende der Bohrwelle 12. ist die Nockenscheibe
26 aufgebracht und starr mit dieser verbunden. Ein Rollenträger 28 sitzt lose drehbar
auf der Bohrwelle 12 und trägt drehbar gelagerte Rollen 27, die bei Linksdrehung
der Bohrwelle 12 so auf die Nocken auflaufen, daß sie zwischen diesen und dem fest
mit Gehäuse 18 verbundenen Bremsring 2c, eine starre Verbindung herstellen und eine
Blockierung der Bohrwelle 12 hervorrufen. Die Wirkungsweise dieses Freilaufes kann
auch aus der Fig. _ ersehen werden. Wie aus dieser Figur hervorgeht, werden die
Rollen 27 durch eine Feder 37, die den Rollenträger 28 und die Nockenscheibe 26
verbind,et, in die Sperrstellung des Freilaufes 'hineingezogen. Die nachfolgenden
Angaben über Drehrichtungen sind in Bohrrichtung gesehen zu verstehen.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Die Bohrmaschine wird gemäß Fig. i
angesetzt. Darauf wird der Motor 17 eingeschaltet. Die Spindel 14 beginnt sich nach
links zu drehen und nimmt das Zahnrad 21 mit. Dieses dreht das Zahnrad 22 im Verhältnis
der Übersetzung beider Zahnräder nach rechts. Durch die Bremskupplung 32 wird die
Bohrwelle 12 und das Zahnrad 24 mitgenommen. Das Zahnrad 24 greift in das Zahnrad
23 ein und dreht es zusammen mit der Spindelmutter 25 nach links. Da das Übersetzungsverhältnis
der Getriebestufe 23-24 kleiner ist als das der Getriebestufe 21-22, dreht sich
das Zahnrad 23 langsamer als die Spindel 14. Dadurch wird die Spindelmutter 25 nach
vorn, in der Zeichnung nach links, verschoben und nimmt bei seinem Vorschub über
das Drucklager 38 das Gehäuse 18 mit. Der Vorschub ergibt sich also aus der Steigung
der Spindel 14 und der relativen Drehzahl zwischen dieser und der Spindelmutter
25. Die Getriebestufe 21-22 hat dabei die Aufgabe, diese Relativdrehung zwischen
Spinde114 und Spindelmutter 25 zu bewirken. Obwohl dadurch ein Schnellvorschub des
Bohrers nicht eintritt, erfolgt der Vorschub infolge der verhältnismäßig hohen Leerlaufdrehzahl
des Antriebsmotors ausreichend schnell.
-
Beim Ansetzen des Bohrers an die Gesteinswand muß im Grenzfall, auch
ohne daß eine Drehmomentenabgabe erfolgt, eine Mindestandruckkraft vorhanden sein,
die ein sicheres Angreifen der Schneide gewährleistet. Diese Mindestandruckkraft
hängt von der Vorspannung der Torsionsfeder 3o ab.
-
Überschreitet z. B. bei stark stumpfer Schneide während des Bohrens
die erforderliche Andruckkraft das Maß, das dem an die Bohrwelle abgegebenen Moment
entspricht, so schlüpft die Bremskupplung 32 gegenüber dem Zahnrad 22 und verringert
den Vorschub. Dieser geringere Vorschub je Umdrehung erfordert dementsprechend auch
nur die geringe Andruckkraft, die die Getriebemechanik bei dem abgegebenen Drehmoment
aufzubringen in der Lage ist.
-
Nach Beendigung des Bohrvorganges wird der Motor 17 in der entgegengesetzten
Drehrichtung angelassen. Über die Spindel 14 und das Zahnrad 21 wird das Zahnrad
22 nach links gedreht, es nimmt die Bohrwelle 12 mit. Dabei blockiert die Freilaufbremse
26, 27, 28, 29 die Bohrwelle 12. Das im ersten Augenblick noch rechtsdrehende Zahnrad
23 dreht das Zahnrad 24 nach links und zwingt es, sich auf der stillstehenden Bohrwelle
12 infolge ihres Linksgewindes nach vorn, in der Zeichnung nach links, zu verschieben,
bis die Mitnehmerhülse 19 an dem Bund 35 anliegt. Das nun stillstehende Zahnrad
24 blockiert das Zahnrad 23 und bewirkt den Schnellrücklauf der Spindelmutter 25
und damit des Gehäuses 18. Die Rücklaufgeschwindigkeit ist somit durch die Steigung
der Spindel 14 und ihre Drehzahl gegeben. Infolge der verschiedenen übersetzungsverhältnisse
der beiden Getriebestufen 21-22 und 23-24 muß das Zahnrad 22 gegenüber der Kegelkupplung
32 schlüpfen. Die beim Schlüpfen auftretende, mitnehmende Reibungskraft bewirkt
eine geringfügige Verdrehung und damit Verschiebung der Bremsmutter 31 nach vorn,
in der Zeichnung nach links, wodurch die Kuppelkraft an der Kupplungsfläche 32 so
weit herabgesetzt wird, daß das durch die mitnehmende Reibung .auf die Bremsmutter
31 wirkende Drehmoment im Gleichgewicht steht mit dem von der Torsionsfeder 3o erzeugten
Rückstellmoment. Tritt eine Verhinderung des Schnellrücklaufes ein, z. B. nach Erreichen
der Endlage oder durch klemmende Gesteinsbrocken im Bohrloch oder durch andere Umstände,
so muß die Blockierung der Bohrwelle 12 aufgehoben und der Getriebekreis 21 bis
24 geöffnet werden. Sobald das Gehäuse 18 aus den obengenannten Gründen festgesetzt
wird, darf die Spindelmutter 25 mit ihrem Zahnrad 23 keine Drehbewegung relativ
zur Spindel 14 ausführen. Das Zahnrad 24 dreht sich auf der noch ruhenden Bohrwelle
12 und wandert längs des Gewindes nach vorn, in der Zeichnung nach links. Mit ihre
wird die Mitnehmerhülse 19 nach vorn gezogen und nimmt über den Bund 3 5 die Bremsmutter
31 mit. Somit wird gegen die Federkraft der Torsionsfeder 3o die Bremskupplung 32
vom Zahnrad 22 gelöst und der Getriebekreis 21 bis 24 geöffnet. Ferner wird bei
der Linksdrehung des Zahnrades 24 der Rollenträger 28 durch den Mitn:ehmer 39 mit
nach links herumgedreht; so daß die Rollen 27 in den tieferen Teil der Nockenscheibe
26 einlaufen und die Blockierung der Bohrwelle 12 aufheben. Nach Aufhebung der Blockierung
werden die Bohrwelle 12 und die Bohrstange 9 mit voller Maschinenkraft linksdrehend
angetrieben.