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Drehbohrmaschine, insbesondere Gesteinsdrehbohrmaschine Zusiatz zum
Patent 903 8013
Die Drehbohrmaschine nach Patent 903 803 betrifft insbesondere
eine Gesteinsdrehbohrmaschine mit zwei arbeitenden Getriebestufen, von denen die
eine 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 Bohrmaschine
erforderliche Drehmoment von der Spindel auf die Bohrwelle übertragen wird. Die
an der Bohrschneide auftretende Andruckkraft muß über die Spindelmutter an der Spindel
in Längsrichtung abgestützt werden. Entsprechend der Gewindemechanik überträgt sich
von der Spindel auf die Spindelmutter ein dieser Längskraft proportionales Drehmoment,
das jedoch kleiner gewählt ist als das an der Bohrstange erforderliche Drehmoment,
so daß über die andere Getriebestufe ein entsprechendes zusätzliches Drehmonient
übertragen werden muß. Durch die entsprechende Bemessung des proportionalen Drehmomentes
ist eine überlastung der andrückenden Teile nicht möglich. Die beiden Getriebestufen
bestehendabei einerseits aus einem auf der genuteten Spindel durch Gleitfedern mit
der Drehbewegung gekuppelten Zahnrad und einem lose auf der Bohrwelle sitzenden,
mit dieser durch eine Kupplung verbundenen zweiten Zahnrad, andererseits aus einem
auf der Bohrwelle angeordneten Zahnrad, das relativ zu dieser begrenzt verdrehbar
ist und
mit einem zweiten auf der Spindelmutter auf7 gesetzten Zahnrad
im Eingriff steht.
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Überschreitet der Wert der erforderlichen Andruckkraft einen über
das proportionale Maß hinausgehenden bestimmten Betrag, so tritt ein Schlupf zwischen
der Bohrwelle und der einen Getriebestufe auf und bewirkt eine Verlangsamung des
Bohrvorschubes.
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Als Kupplung war hierbei eine torsionsfederbelastete Kegelkupplung
vorgesehen, derart, daß der vordere Teil des lose auf der Bohrwelle sitzenden Zahnrades
mit einer kegelförmigen Kupplungsfläche versehen war, die mit einer entsprechenden
Kupplungsfläche einer durch Gewinde auf der Bohrwelle geführten Bremsmutter im Eingriff
stand. Eine solche Kupplung ist hinsichtlich der Kegelsteigung sowie derZentrierung
schwer herzustellen. Sie hat ferner den Nachteil, daß die auftretenden Kupplungskräfte
verhältnismäßig-klein und daher große Längskräfte, d. h. starke Torsionsfedern
notwendig sind. Die Konstruktion dieser Kupplungsart ist außerdem schwer und in
ihren radialen Ermessungen groß.
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Zur Vermeidurig dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung an Stelle
der Kegelkupplung eine an sich bekannte, unter Vorspannung stehende Lamellenkupplung
verwendet, deren einer'Lamellenträger das Zahnrad der einen Getriebestufe trägt
und lose auf der Bohrwelle sitzt und deren anderer Lamellenträger einerseits mit
seinem Innengewinde mit einem entsprechenden Gewinde auf der Bohrwelle im Eingriff
steht und andererseits durch eine Drehmitnehmerverbindung mit dem begrenzt drehbeweglichen
Zahnrad, der anderen Getriebestufe verbunden ist. Durch Verwendung mehrerer Lamellen
kann die zur Übertragung eines bestimmten Drehmomentes erforderliche Längskraft
und damit die Federkraft verhältnismäßig klein gehalten werden, da sich bekanntlich
die restiltierende Kraft aus dem Produkt aus Anzahl der Lamellen und Einzelkraft
ergibt. In der- Gegendrehrichtung, in der sich die Kupplungselemente infolge des
Gewin#des selbsttätig festziehen, werden gleichfalls die auftretenden Längskräfte
zur Übertragung des jeweiligen _ Momentes entsprechend' herabgesetzt. Somit
können Gewinde7, Federn usw. entsprechend schwach ausgebildet sein, und man kommt
hierbei zum Öffnen und Schließen der Kupplung mit geringen Längsbewegungen aus.
Ferner hat die Lamellenkupplung den Vorteil der einfachen Herstellting und der geringen
Abmessungen. Infolge der verhältnismäßig kleinen notwendigen Federkraft kann eine
Drehmitnehmerverbindung zwischen dem begrenzt drehbeweglichen Zahnrad und dem mit
Gewinde versehenen Lamellenträger das Zuge organ des Hauptpatentes ersetzen. Außerdem
kann die begrenzte Drehbeweglichkeit des einen Zahnrades unter Fortfall einer Gewindeverbindung
durch Anordnung einer axialen Leiste an der Wellenbohrung des Zahnrades, die in
eine entsprechende Ausnehmung in der Bohrwelle ragt, erreicht werden. Durch diese
Anordnung kann die zur Vorspannung derLamellenkupplung dienendeFeder als einfache
Schraubendruckfeder ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft-,
diese Druckfeder unmittelbar an däs begrenzt dre-hbewegliche Zahnrad einerseits
und den Lamellenträger andererseits abzustützen. Dadurch wird erreicht, daß die
Reibungskräfte zwischen der letzten Federwindung und der Auflagefläche stets in
solcher Weise wirken, daß sie die mitnehmende Bewegung unterstützen.
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' Zur näheren'Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen,
in der ein Ausführungsbeispiel der neuen Bohrmaschine dargestellt ist; es zeigt
Fig. i eine Gesarntdarstellung 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. 4 und 5 eine Einzeldarstellung.
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Das Grundgestell der dargestellten Bohrmaschine umfaßt als w(#-sentlichen
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 4 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.
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Die U-Schienen i und 2, sind vorn mit einem Endstück6 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 ii mit der Verlängerung 12 der Bohrstange verbunden. Diese Verlängerung
1.2 der Bohrstange ist im wesentlichen innerhalb des Antriebskopfes 13 gelagert
und im folgenden der besseren Unterscheidung halber als Bohrwelle 1:2 bezeichnet.
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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 17 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,
an 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 Beschreibung der Fig.
3 hervor.
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In Fig. 3 ist das Gehäuse des Antriebskopfes 13
mit 18
bezeichnet. An diesem Gehäuse 18 stützt sich die Bohrwelle 12 mit dem Drucklager:2o
ab. Durch
einen Bund 34 wird die Welle 12 innerhalb des Gehäuses
gegen Längsverschiebungen gesichert. Wesentliche Belastungen sind am Bund 34 nicht
zu erwarten, da der Andruck vom Drucklager:2o aufgenommen wird. Die vom Bund 34
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 14 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 noch zu beschreibenden Getriebeteile an
der Spindel 14 fest und diese wiederum an dem Endstück 6, so daß also die
auf der 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.
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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 21
gekuppelt. Es ist über zwei Paßfedern 21, die in zwei entsprechenden Längsnuten
14" der Spindel 14 eingreifen, mit dieser gekuppelt und in der Längsrichtung zur
Spindel 14 verschiebbar. Das Zahnrad .21 steht im ständigen Eingriff mit dem Zahnrad
22, das lose drehbar auf der Bohrwelle 12 aufgebracht ist. Die Bohrwelle 12 trägt
auf dem mit einem nicht selbstsperrenden Gewinde versehenen Teil ihrer Länge den
einen Lamellenträger 31 einer LamellenkuPP1ung 32, der mit einem entsprechenden
Innengewinde versehen ist. Auf dem anderen, lose auf der Bohrwelle 12 drehbaren
Laniellenträger 33 ist das Zahnrad 22- befestigt. Ein Zahnrad 24 ist auf
der Bohrwelle 12 um einen bestimmten Winkel verdrehbar angeordnet, und zwar durch
eine Leiste 24", die in eine entsprechende Nut 1:2" gemäß Fig. 5
(Schnitt
V-V) in der Bohrwelle 12 ragt. Im Zahnrad 2,4 befestigt ist eine Mitnehmerhülse
ig für den Lamellenträger31. DieMitnehmerhülseighatgegen den Lamellenträger
3 1 axiales Spiel. Eine Schraubendruckfeder 30 stützt sich mit ihrem
einen Ende am Zahnrad:24 und mit ihrem anderen Ende am Lamellenträger 31 ab. Durch
die genannte Anordnung ist die Mitnehmerhülse ig im Gegensatz zum Hauptpatent nur
zur Verdrehung des Lamallenträgers 31 benutzt. Eine weitere Vereinfachung durch
die Verwendung der Lamellenkupplung besteht darin, daß das Zahnrad 2,4 und der entsprechende
Teil der Bohrwelle nicht mit Gewinde versehen sein müssen. Ferner kann, wie bereits
erwähnt, eine einfache Druckfeder verwendet sein. Durch die Abstützung der Schraubendruckfeder
3o am Zahnrad 24 und am Lamellenträger 3 1 wird erreicht, daß die Reibungskräfte
zwischen der letzten Federwindung und der Auflagefläche den gewünschten Effekt beim
Arbeiten der Einrichtung verstärken, d. h., sie unterstützen die Wirkung
der Mitnehmerhülse ig. Die Drehbewegung der Spindel 14 wird im Übersetzungsverhältnis
der Zahnräder 21 und 22 auf die Bohrwelle 12 laufend übertragen. Die kraftschlüssige
Verbindung des Zahnrades 2?, mit der Bohrwelle 1:2 wird über die Lamellenkupplung
3:2 und das Linksgewinde zwischen Lamellenträger 3 1 und Bohrwelle
12 hergestellt. Zur Durchführung der Vorschubbewegung dient die Spindelmutter25.
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 14 eingreift. Das Zahnrad 23 steht im Eingriff mit dem
auf der Bohrwelle 12 sitzenden Zahnrad 24. Es kann zunächst angenommen werden, daß
das Zahnrad 24 starr mit der Bohrwelle 1.2 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 1:2 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 Gehäusei8 verbundenen Brern-sring29 eine
starre Verbindung herstellen und eine Blockierung der Bohrwelle 1:2 hervorrufen.
Die Wirkungsweise dieses Freilaufes kann auch aus der Fig. 4 ersehen werden. Wie
aus dieser Figur hervorgeht, werden die Rollen:27 durch eine Feder 37, die
den Rollenträger 28 und die Nockenscheibe.26 verbindet, in die Sperrstellung
des Freilaufes hineingezogen. Die nachfolgenden Angaben über Drehrichtungen sind
in Bohrrichtung gesehen zu verstehen.
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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 2,2 im Verhältnis
der übersetzung beider Zahnräder nach rechts. Durch die Lamellenkupplung
32 wird die Bohrwelle 1:2 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.2i, 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 Spindel 14 und Spindelmutter 25 zu bewirken. Obwohl dadurch ein
»Schnellvorschub« desBohrers nicht eintritt, erfolgt der Vorschub infolge der verhältnismäßig
hohen Leerlaufdrefizahl des Antriebsmotors ausreichend schnell.
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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 Schraubendruckfeder 3o ab.
Überschreitet-z.B.
bei stark stumpferSchneide - während des Bohrens die erforderlicheAndruckkraft
das Maß, das dem an die Bohrwelle abgegebenen Moment entspricht, so schlüpft die
Lamellenkupplung 32 gegenüber dem Zahnrad 22, d. h., die beiden Lamellenträger
31 und 33 schlüpfen mit ihren Lamellen und verringern 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.
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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 rechts drehende
Zahnrad 23 verdreht das Zahnrad 24 auf der stillstehenden Bohrwelle 12 nach
links um einen kleinen Drehwinkel, so daß die Mitnehmerhülse ig den Lamellenträger
3 1 ebenfalls nach links mitnimmt und dieser infolge seines Linksgewindes
nach vorn -
in der Zeichnung nach links - wandert. 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 2 1, 22 und 23, 24 muß
das Zahnrad 22 gegenüber der Lamellenkupplung 32 schlüpfen. Die beim Schlüpfen
auftretende, mitnehmende Reibungskraft bewirkt eine geringfügige Verdrehung und
damit Verschiebung des Lamellenträgers 31
nach vorn - in der Zeichnung
nach links -, wodurch die Kuppelkraft an den Lamellen der Lamellenkupplung
32 so weit herabgesetzt wird, daß das durch die mitnehmende Reibung auf den
Lamellenträger 31 wirkende Drehinoment im Gleichgewicht steht mit der von der Schraubendruckfeder
30 erzeugten Rückstellkraft. 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- weiter bis zu einer Endlage. Mit ihm wird
durch die Mitnehmerhülse ig der Lamellenträger 31 verdreht und dieser wandert
gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 30 nach vorn, bis die Lamellenkupplung
3:2 entkuppelt ist. Somit ist der GetriebekreiS 21 bis 24 geöffnet. Ferner
wird bei der Linksdrehung des Zahnrades 24 der Rollenträger 28 durch den
Mitnehmer 39 mit nach links herumgedreht, so daß die Rollen 27 in
den tieferen Teil der Nockenscheibe:26 einlaufen und die Blokkierung der Bohr-welle
12 aufheben. Nach Aufliebung der B-lockierung wird die Bohrwelle 12 und die Bohrstange
9 mit voller Maschinenkraft linksdrehend angetrieben.