-
Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine Die neue Einrichtung betrifft
eine Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine, bei der parallel zur Bohrwelle eine
Antriebsspindel sich im Gestänge abstützt und den Vorschub der Bohrwelle bestimmt.
Antriebsspindel und Bohrwelle stehen in einem Antriebskopf über Stirnräder miteinander
in Verbindung, die teils längsverschiebbar, teils drehbar und teils über Spindelmuttern
auf Antriebsspindel und Bdhrwelle angeordnet sind.
-
Bei derartigen Bohrmaschinen wird die Antriebsspindel beim Rücklauf
der Bohrwelle (Umkehr der Drehrichtung) auf Druck, d. h. entsprechend dem
relativ großen Verhältnis von Spindellänge zu Spindeldurchmesser vor allem auf Knickung
beansprucht. Während diese Belastung von der Antriebsspindel und deren Lagern bei
ungehindertem Rücklauf ohne weiteres aufgenommen wird, ist die Gefahr einer Beschädigung
bei gehemmtem Rücklauf - etwa durch Klemmen der Bohrwelle im Bohrloch
- sehr groß. Einer unzulässigen Belastung könnte zwar durch eine überdimensionierung
begegnet werden, doch würden Gesteinsbohrinaschinen der hier betrachteten Art dadurch
bedeutend aufwendiger und vor allem schwerer.
-
Die neue Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine vermeidet diesen
Nachteil. Die Lösung besteht darin, daß zwischen einem auf der Antriebsspindel längs
verschiebbaren Stimrad, das mit einem Stimrad der Bohrwelle im Eingriff steht, und
einem auf der Antriebsspindel längs verschiebbar angeordneten Stimrad, das mit einem
ebenfalls über eine Spindelmutter versehenen Stirnrad auf der Bohrwelle im Eingriff
steht, eine durch Federkraft auskuppelbare Lamellenkupplung eingefügt ist.
-
Die Verwendung von Lamellenkupplungen ist an sich bei derartigen Bohrmaschinen
bekannt. Doch ist bei diesen bekannten Bohrmaschinen die Kupplung zwischen zwei
Stimrädem auf der Behrwelle angeordnet und dient dazu, bei unzulässig hoher Andruckkraft
einen Schlupf zwischen der Bohrwelle und der einen Getriebestufe zu erlauben.
-
Die bei der neuen Bohrmaschine vorgesehene Lamellenkupplung wirkt
dagegen nicht nach Art einer Rutschkupplung, sondem ist vielmehr im normalen Bohrbetrieb
ausgekuppelt. Erst bei gehemmtem Bohrerrücklauf wird die Lamellenkupplung eingekuppelt,
wodurch einmal die Rücklaufgeschwindigkeit der Bohrwelle herabgesetzt und zum anderen
das Drehmoment zur Linksdrehung der Bohrwelle, also zur Drehung in entgegengesetzter
Richtung erhöht wird.
-
Zur näheren Erläuterung sei auf die Zeichnung Bezug genommen, in der
ein Ausführungsbeispiel der neuen Bohrmaschine dargestellt ist; es zeigt Fig.
1 eine Gesamtdarstellung in Seitenansicht, Fig. 2 einen Querschnitt der Fig.
1 nach der Linie II-II, Fig. 3 einen Schnitt durch den Antriebskopf
und die die Kräfte übertagenden Bauelemente, Fig. 4 eine Einzeldarstellung und Fig.
5 eine schematische Darstellung der Lamellenkupplung nach Fig.
3.
-
Das Grundgestell der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bohrmaschine
umfaßt als wesentlichen Teil ein Führungsbett; es ist aus zwei U-Schienen
1 und 2 zusammengesetzt, die durch mehrere Stege 3 zu einer Einheit
zusammengefaßt sind. Das aus den Teilen 1
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.
1 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.
-
Die U-Schienen 1 und 2 sind vom 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 10 aufgeschraubt. Mit ihrem rückwärtigen Ende
ist die Bohrstange 9 über die, Kupplung 11 mit der Bohrwelle 12 verbunden.
Diese ist innerhalb des Antriebskopfes 13 gelagert.
An dem
aus den Teilen 1 bis 3 bestehenden Grundgestell ist drehbar, aber
nicht längsverschiebbar die Gewindespindel 14 gelagert; sie wird vorzugsweise unter
Zwischenschaltung eines Getriebes 15 üb-.r eine Gelenkwelle 16 von
einem Motor 1.7 angetrieben. Dieser Motor 17 ist vorzuasweise leicht
lösbar an dem Traggestell 1 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-förrnigen Schienen 1 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.
-
Das Gehäuse des Antriebskopfes 13 nach Fig. 1
ist in
Fig. 3 mit 18 bezeichnet. An diesem Gehäuse 18 stützt sich
die Bohrwelle 12 mit dem Drucklager 20 ab. Durch einen Bund 34 wird die Welle 12
innerhalb des Gehäuses gegen Längsverschiebungen P er -rt. Wesentliche Belastungen
sind am Bund 34 siche nicht zu erwarten, da der Andruck vom Drucklager 20 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 Drhcklager j6 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 die Bohrschneide 10
wirkende Andruckkraft schließlich
von dem Drucklager36 aufgenommen wird. Hierbei wird der mit dem Drucklager
36 verbundene vordere Teil der Spinde114 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.
1) angetriebene Spindel 14. Mit der Spindel 14 ist hinsichtlich ihrer Drehbewegung
das Zahnrad 21 gekuppelt. Erfindungsgemäß ist zwischen diesem und der Spindelmutter
25 eine das Drehmoment des Stimrades 21 auf die Spindelmutter 25 übertragende
Lamellenkupplung 40 zur Entlastung der Spindel eingefügt. Dabei ist das Zahnrad
21 mit dem Außenlamellenträger 40a der Lamellenkupplung 40 verbunden. Zwischen Außenlamellenträger
40a und Innenlainellenträger40b ist eine Tellerfeder41 als Vorspannfeder eingefügt.
Sie ist am Getriebegehäuse 18
derart befestigt, daß ihre Vorspannung auf die
Lamellenkupplung durch einen ständig in eine Ringnut der Lamellenkupplung eingreifenden
Gabelzapfen übertragbar ist. Das Zahnrad 21 ist über zwei Paßfedern 21a, die in
zwei entsprechenden Längsnuten 14 a der Spindel 14 eingreifen, mit
dieser gekuppelt und in der Längsrichtung zur Spindel 14 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 Teil ihrer Länge, der mit einem
nicht selbstsperrenden, z. B. mehrgängigen Linksgewinde versehen ist, eine Kupplungsmutter
31 und ein Zahnrad 24, die je
mit entsprechendem Innengewinde versehen
sind.
-
Die Kupplungsmutter 31 ist in ihrem hinteren Teil (in der Zeichnung
rechts) zur Reibungskupplung 32,
z. B. Kegelkupplung, ausgebildet und hat
am vorde-en Ende einen Bund 35. Eine rechtsgewundene Torsionsfeder
30 ist mit ihrem einen Ende an der Kupplungsmutter 31 befestigt und
stützt sich mit ihrem anderen Ende gegen ein starr mit der Bohrwelle verbundenes
Widerlager 33 ab. Das Zahnrad.24 trägt an seiner hinteren Seitenfläche eine
Mitnehmerhülse 19. Die Funktion dieser Mitnehmerhülse 19
wird im folgenden
noch beschrieben. Die Drehbewegung der Spindel 14 wird im übersetzungsverhältnis
der Zahnräder 21 und 22 auf die Bohrwelle 12 lauiend übertragen. Die kraftschlüssige
Verbindung des Zahnrades 22 mit der Bohrwelle 12 wird über die Reibungskupplung
32 und das Linksgewinde zwischen Kupplungsmutter 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
14 eingreift. Mit dem hinteren Ende der Spindelmutter 25 ist der Innenlamellenträger
40 b
verbunden. 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 12 verbunden sei. Am vorderen Ende der Bohrwelle 12 ist die Gesperrescheibe
26 aufgebracht und starr mit dieser verbunden. Eine Rollenmitnehmerscheibe
28 sitzt lose drehbar auf der Bohrwelle 12 und trägt drehbar gelagerte Rollen
27, die bei Linksdrehung der Bohrwelle 12 so auf die Sperrflanken 26a auflaufen,
daß sie zwischen diesen und dem fest mit Gehäuse 18 verbundenen Gesperrering
29 eine starre Verbindung herstellen und eine Blockierung der Bohrwelle 12
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 Gesperrescheibe
26 verbindet, 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.
1 angesetzt. Darauf wird der Motor 17 eingeschaltet. Die Spindel 14
beginnt sich nach links zu drehen und nimmt das Zahnrad 21 mit. Linksdrehung in
Bohrrichtung gesehen, ist Drehung im Gegenuhrzeigersinn. Das Zahnrad21 dreht das
Zahnrad 22 im Verhältnis der übersetzung beider Zahnräder nach rechts. Durch die
Reibungskupplung 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
Spindehnutter 25
nach links. Da das übersetzungsverhältnis der Getriebestufe
23-24 kleiner als das der Getriebestufe 21-22 ist, dreht sich das Zahnrad
23 langsamer als die Spindel 14. Dadurch wird die Spindelmutter
25
nach vom, 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
Spindel und der Spindelmutter 25. Die Getriebestufe 21-22 hat dabei die Aufgabe,
die Relativdrehung zwischen Spindel 14 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. Die Lamellenkupplung 40 ist bei diesen Vorgängen geöffnet.
-
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 30 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 Reibungskupplung 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
der Freilauf 26, 27, 28, 29 die Bohrwelle 12. Das im ersten Augenblick noch
rechtsdrehende Zahnrad23 dreht das Zahnrad24 nach links und zwingt es, sich auf
der stillstehenden Bohrwelle12 infolge ihres Linksgewindes nach vorn, in der Zeichnung
nach links, zu verschieben, bis die Mitnehmerhülse19 an dem Bund35 anliegt. Das
nun stillstehende Zahnrad24 blockiert das Zahnrad23 mit dessen Kupplungshälfte und
bewirkt den Rücklauf des Antriebskopfes 13, wobei die stillstehende Spindelmutter
25
nur eine Translationsbewegung mitmacht. Die Rücklaufgeschwindigkeit ist
somit durch die Seigung der Spindel 14 und ihre Drehzahl gegeben.
-
Da das Zahnrad 24 mit der Mitnebmerhülse 19
und der Kegelkupplung
32 stillsteht, schlüpft das Zahnrad 22 gegenüber der Kegelkupplung. Die beim
Schlüpfen auftretende, mitnehmende Reibungskraft bewirkt eine geringfügige Verdrehung
und damit eine Verschiebung der Kupplungsmutter 31 nach vom, in der Zeichnung
nach links, wodurch die Kuppelkraft an der Kupplungsfläche 32 so weit herabgesetzt
wird, daß das durch die mitnehmende Reibung auf die Kupplungsmutter 31 wirkende
Drehmoment im Gleichgewicht steht mit dem von der Torsionsfeder 30 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 hätte nämlich eine Verschiebung des Gehäuses
18 zur Folge. Solange aber das Zahnrad 24 gebremst bleibt, befindet sich
auch die Spindelmutter 25 in bezug auf Drehung in Ruhe. Sie wird aber mit
ihrer ruhenden Kupplungshälfte von derSpinde114 auf das mit seiner Kupplungshälfte
umlaufende Zahnrad 21 gezogen. Sobald die durch die Tellerfede 41 aufgebrachte Vorspannung
von den Kupplungshälften überwunden ist, tritt durch die Reibung an den Lamellen
eine kraftschlüssige Drehverbindung von Zahnrad 21 und Spindelmutter 25 mit
dem Zahnrad 23 ein. Dann wird die Drehbewegung auf das Zahnrad 24 übertragen.
Das Zahnrad 24 verdreht sich auf der noch ruhenden Bohrwelle 12 und wandert längs
des Gewindes nach vorn, in der Zeichnung nach li nk-s. Mit ihm wird die Mitnehmerhülse
19 nach vomgezogen und nimmt über den Bund 35 die Kupplungsmutter
31 mit. Somit wird gegen die Federkraft der Torsionsfeder 30
die Reibungskupplung
32 vom Zahnrad 22 gelöst und der Getriebekreis 21 bis 24 geöffnet. Ferner
wird bei der Linksdrehung des Zahnrades 24 die vorher stillstehende Rollenmitnehmerscheibe
28 durch den Mitnehmer 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. Mit Hilfe eines Schlüssels,
der mit einem Ansatz der Bohrschneide bzw. Bohrstange in Eingriff gebracht wird
und sich gegebenenfalls an einem Anschlag abstützt, ist dann ein maschinelles Loslösen
der Bohrstange möglich.
-
Es besteht die Gefahr, daß schon beim normalen Rück-lauf ein Drehmoment
über die Lamellenkupplung 40 auf die Spindelmutter 25 übertragen wird. Aus
diesem Grunde ist zwischen den Kupplungshälften eine Vorspannfeder, insbesondere
Tellerfeder 41, eingefügt, so daß die Kupplung erst nach überwinden derVorspannung
voll wirksam wird. Abweichend von dieser Anordnung ist es möglich, die Vorspannfeder
auch im Getriebegehäuse anzuordnen. Ihre Vorspannung kann dann auf die Lamellenkupplung
durch einen Gabelzapfen übertragen werden, der ständig mit einer Ringnut im Eingriff
steht, die in eine der beiden Kupplungshälften eingefräst ist.
-
An Hand der Fig. 5 soll die an sich bekannte Lamellenkupplung
noch kurz beschrieben werden. Die rein mechanisch arbeitende Kupplung nach Fig.
5
besteht aus den Lamellenträgem 40 a und 40 b, mit denen kreisringfönnige
Lamellen 42 verbunden sind. Bei dem beschriebenen Getriebekopf 13 dient die
Spindelmutter 25 gleichzeitig als Lamellentragkörper 40b. Die kraftschlüssige
Verbindung der Kupplungshälften kommt dadurch zustande, daß eine der Kupplungshälften
gegen die andere bis zur Drehmitnahme bewegt wird. Bei der Anordnung nach den Fig.
3, 4 geschieht dies in der Weise, daß die sich translatorisch auf die rechte,
umlaufende Kupplungshälfte40a zu bewegende Spindelmutter 25 mit dem Lamellenträger
40b bei Berührung der Kupplungshälften41 mitgenommen wird.
-
Die Wirkungsweise des Getriebes gemäß der Patentschrift
90-1803 bleibt zwar bestehen, jedoch ergeben sich durch den Einbau der Lamellenkupplung
40 erhebliche Vorteile.
-
Es sei hierzu nochmals der Vorgang vor Lösen der Blockierung der Bohrwelle
12 betrachtet. Wäre keine Kupplung zwischen den Zahnrädern 23, 21 vorhanden,
so entstünden in den der Spindelmutter 25 benachbarten Teilen der Spindel
14 beim Festziehen der Spindelmutter 25 auf das Zahnrad 21 starke Längskräfte.
Das hätte eine übermäßige Beanspruchung des zwischen Antriebskopf 13 und
Getriebe 15 befindlichen Teiles der Spindel 14 zur Folge. Dies ist bedingt
durch die überlagerung der Torsionskräfte im Bereich des Zahnrades 21 mit den genannten
Längskräften. Diese Längskräfte werden aber
durch die Lamellenkupplung
40 zum größten Teil vermieden, da sich der Anpreßdruck der Kupplungshälften sofort
in Drehkräfte umsetzt. Die Spindel 14 wird daher im wesentlichen nur auf Torsion
beansprucht, und das Lager 36 wird von zusätzlichem Zug entlastet.
-
Die Einfügung der Lamellenkupplung in den Getriebekreis gemäß der
Erfindung ist nicht auf die beschriebene Anordnung beschränkt. Sie kann auch
in das Getriebe von Bohrmaschinen sinngemäß eingefügt werden, die bereits eine Lamehenkupplung
enthalten. Eine bekannte Anordnung dieser Art ist in Patent 938 603 beschrieben,
bei der zwischen die auf der Bohrwelle sitzenden beiden Stimräder eine Lamellenkupplung
eingefügt ist.
-
In diesem Falle vereinigt die Bohrmaschine die Vorteile in sich, die
sich aus der Verwendung der beiden LameHenkupplungen ergeben.