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Antrieb für drehend arbeitende Bohrmaschinen zum Vortrieb von söhligen
bis seigeren Grubenbauen Die Erfindung betrifft einen Antrieb für drehend arbeitende
Bohrmaschinen zum Vortrieb von söhligen bis seigeren Grubenbauen mit zwei von einem
Motor über Ritzel gegenläufig angetriebenen konzentrischen Tragkörpern für mehrere
Schneidwerkzeuge.
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Bei derartigen Antrieben treten an den Tragkörpern neben den ihre
Drehung bewirkenden Aktionsmomenten auch Reaktionsmomente auf, die in die Maschinenkörper
eingeleitet werden und versuchen, diesen gegenläufig zu den Bohrwerkzeugen zu drehen.
Dies kann nur durch eine entsprechende Abstützung des Maschinenkörpers verhindert
werden und macht eine sehr schwere Konstruktion des Maschinenkörpers erforderlich,
da vom Gewicht die Reibung abhängt, welche ihrerseits die verdrehend wirkenden Kräfte
auf das Gebirge überträgt. Es ergibt sich hieraus die Notwendigkeit, die am Maschinenkörper
auftretenden Momente möglichst klein zu halten.
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Bisher ist zur Erfüllung dieses Zwecks das Problem darin gesehen worden,
die Reaktionsmomente der Tragkörper auszugleichen, indem diese gegenläufig angetrieben
werden. In diesem Fall wird also das Aktionsmoment des Rotors des Antriebsmotors
in zwei gegenläufige Momente aufgespalten, die einzeln auf die Tragkörper übertragen
werden, was mit Hilfe eines Getriebes über Ritzel erfolgt. Dann entstehen unter
der Voraussetzung gleicher Aktionsmomente auch gleiche Reaktionsmomente, die wegen
der gegenläufigen Drehung der Tragkörper entgegengesetzt wirken und sich daher aufheben.
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Diese vorbekannten Vorschläge lassen außer acht, daß dem Aktionsmoment
des Rotors des Antriebsmotors ein entgegengesetzt gerichtetes, aber gleiches Reaktionsmoment
am Stator entspricht. Da der Stator bei den vorbekannten Antrieben für drehend arbeitende
Bohrmaschinen auf dem eigentlichen Maschinenkörper, der seinerseits in der Regel
auf einem Fahrwerk ruht, befestigt ist, wird tatsächlich die gewünschte Entlastung
des Maschinenkörpers von allen Momenten nicht erreicht. Demzufolge muß auch bei
gegenläufig angetriebenen konzentrischenTragkörpern das gesamte Reaktionsmoment
des Antriebsmomentes vom Maschinenkörper aufgenommen und durch Einleiten in das
Gebirge unschädlich gemacht werden.
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Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, zu dem obengenannten
Zweck die im Antriebsmotor der Tragkörper auftretenden Aktions- und Reaktionsmomente
möglichst weitgehend auszugleichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst vor, daß
der Rotor des Motors mit einem der Tragkörper, insbesondere dem konzentrisch inneren
Tragkörper, und der Stator des Motors mit dem anderen Tragkörper zum Ausgleich des
Aktions-und Reaktionsmomentes des Motors verbunden sind und daß zur Aufnahme der
Arbeitsdrehmomentendifferenz die Ritzel auf einer Abstützung angeordnet sind.
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Bei einem solchen Antrieb ist also auch der Stator des Antriebsmotors
mit einem der Tragkörper fest verbunden, und über die Ritzel sind das vom Stator
aufgebrachte Reaktionsmoment und das vom Rotor aufgebrachte Aktionsmoment miteinander
wirkungsmäßig verbunden. Theoretisch entsteht hierdurch ein vollkommener Momentenausgleich
und demzufolge eine völlige Entlastung des Maschinenkörpers von allen Momenten,
die verdrehend auf ihn einwirken. Tatsächlich aber kann wegen der unterschiedlichen
Festigkeit des von einer solchen Bohrmaschine bearbeiteten Gesteins praktisch eine
Motordrehmomentendifferenz übrigbleiben, die abgestützt werden muß. Deshalb erfolgt
die Festlegung der Ritzel an einer eine Abstützung bewirkenden Vorrichtung.
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Bei der praktischen Verwirklichung dieses Grundgedankens der Erfindung
stellt sich naturgemäß die Frage, wie das am Stator wirksame Reaktionsmoment in
geeigneter Weise auf den dieses Moment aufnehmenden Tragkörper zu übertragen ist,
was nicht ohne weiteres möglich ist, weil sich Rotor und Stator des Motors häufig
nicht räumlich voneinander trennen lassen.
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Deshalb wird die Erfindung zweckmäßig gemäß einem weiteren ihrer Merkmale
etwa bei elektrischem Antrieb so verwirklicht, daß der Rotor mit dem Sonnenrad eines
Planetengetriebes verbunden ist, dessen Planetenräder mit den Ritzeln kämmen und
in einer als Abstützung dienenden Scheibe gelagert sind.
Bei einem
derart ausgebildeten Antrieb kann an sich durch geeignete Bemessung des Sonnenrades
und/oder der Planetenräder erreicht werden. daß gleiche Drehzahlen in beiden Tragkörpern
entstehen. Zusätzlich können aber gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit
dem Ziel der Einrichtung gleicher Drehzahlen an beiden Tragkörpern die Ritzel herangezogen
werden. Dann ist der Antrieb so ausgebildet, daß die Ritzel zwei im Durchmesser
abweichende Zahnkranzstufen aufweisen, von denen die im Durchmesser größeren Zahnkranzstufen
mit dem konzentrisch äußeren Tragkörper und den Planetenrädern kämmen, während die
im Durchmesser kleineren Verzahnungen sich auf den konzentrisch inneren Tragkörper
abwälzen.
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Die Abstützung der oben erläuterten Arbeitsdrehmomentendifferenz kann
grundsätzlich, wie dies an sich bekannt ist, statisch erfolgen, indem beispielsweise
mit dem Maschinenfahrwerk entsprechend große Kräfte auf das Gebirge ausgeübt werden.
Bei einer mobilen Bohrmaschine dieser Art ist es jedoch zweckmäßiger, die auftretende
Motordrehmomentendifferenz dynamisch auszugleichen. Dies geschieht gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung dadurch, daß die als Abstützung dienende Scheibe zum dynamischen
Ausgleich der Arbeitsdrehmomentendifferenz mit Hilfe einer Steuerung des Maschinenschwerpunktes
ausgeglichen ist, In diesem Fall wird planmäßig die Lage des Schwerpunktes der Maschine
geändert und dadurch ein der jeweiligen Motordrehmomentendifferenz entsprechendes,
aber entgegengerichtetes Schweremoment erzeugt.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 Arbeitskopf und Antrieb einer drehend arbeitenden
Bohrmaschine in Seitenansicht und teilweise im Schnitt und F i g. 2 eine vergrößert
dargestellte Einzelheit in der F i g. 1 entsprechenden Darstellung.
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Von einer drehend arbeitenden Bohrmaschine, von der lediglich der
eigentliche Bohrkopf dargestellt ist, wird eine Ortsbrust 1 mit Hilfe von konzentrisch
angeordneten Frässcheiben 2 mit Antrieben 3 vorgetrieben. Den auf den Frässeheiben
2 angeordneten und im einzelnen nicht dargestellten Schneidwerkzeugen sind zwei
Tragkörper 4 und 5 zugeordnet, welche durch den Antrieb in gegenläufige Drehungen
versetzt werden.
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Die hierzu erforderlichen Momente werden von einem Antriebsmotor 6
aufgebracht, der innerhalb des konzentrisch inneren Tragkörpers 4 verlagert ist.
Der Antriebsmotor ist beispielsweise ein Elektromotor und besitzt unabhängig von
dem gewählten Antriebsprinzip einen Stator 7 und einen Rotor B.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 7 des Motors
6 mit dem konzentrisch inneren Tragkörper 4 fest verbunden. Dagegen ist der Stator
8 des Antriebsmotors 6 über eine Welle 9 mit einem Sonnenrad 10 eines Planetengetriebes
verbunden, das Planetenräder 11 auf Achsen 12 aufweist.
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Die Planetenräder 11 kämmen mit Ritzeln 12 an sich beliebiger Zahl,
die untereinander gleich ausgebildet sind, so daß nachfolgend nur eines dieser Ritzel
beschrieben zu werden braucht.
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Jedes Ritzel besitzt zwei im Durchmesser abweichende Zahnkranzstufen,
wobei die im Durchmesser größere Zahnkranzstufe mit 14 und die im Durchmesser kleinere
Zahnkranzstufe mit 15 bezeichnet ist. Die im Durchmesser größere Zahnkranzstufe
14 kämmt mit einer Verzahnung 16 auf dem äußeren Tragkörper 5, während die im Durchmesser
kleinere Zahnkranzstufe 15 jedes Ritzel mit einer Verzahnung 17 des konzentrisch
inneren Tragkörpers 4 kämmt.
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Beim Inbetriebsetzen des Motors 6 drehen sich Stator 7 und Rotor 8
des Motors 6 gegenläufig. Das hat zur Folge, daß über die beschriebene Getriebeanordnung
auch die beiden Tragkörper 4 und 5 gegenläufig angetrieben sind.
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Unter der Voraussetzung, daß gleiche Arbeiten von den Schneidwerkzeugen
jedes der Tragkörper 4 bzw. 5 geleistet werden, würde ein vollkommener Ausgleich
des Aktions- und Reaktionsmomentes des Motors 6 stattfinden, so daß die bis dahin
beschriebene Anordnung sich nicht dreht. Tatsächlich ist aber schon wegen der im
zu bearbeitenden Gebirge vorhandenen Inhomogenitäten diese Voraussetzung nicht erfüllt,
so daß eine wenngleich geringe Arbeitsdrehmomentendifferenz übrigbleibt. Diese Arbeitsdrehmomentendifferenz
muß abgestützt werden. Zu diesem Zweck sind die Ritzel auf einer Scheibe 20 über
Achsen 19 angeordnet. An der Scheibe sitzt eine Zentralachse 21 des im übrigen nicht
dargestellten Maschinenkörpers.
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Unter der Voraussetzung, daß auf die Scheibe 20 keine Kräfte aufgebracht
werden, würde die Motordrehmomentendifferenz die Zentralachse 21 zu verdrehen suchen.
Das könnte verhindert werden durch eine statische Abstützung der Zentralachse. Da
jedoch die ganze Maschine mobil ist, wirkt die Abstützung in im einzelnen nicht
dargestellter Weise mit Hilfe einer geeigneten Steuerung des Maschinenschwerpunktes
derart, daß entsprechend der abzustützenden Motordrehmomentendifferenz durch die
Verlagerung des Maschinenschwerpunktes ein Gegenmoment erzeugt wird, das zu einer
völligen Entlastung des Maschinenkörpers von allen Drehmomenten führt.
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Wie ersichtlich, hat bei einem derartigen Antrieb der Maschinenkörper
nur noch die Aufgabe, die notwendige Vorschubkraft auf die Schneidwerkzeuge aufzubringen.
Dazu sitzt die erwähnte Achse 21 an ihrem freien Ende in einem Spurlager 22 in der
Scheibe 20.
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Die durch die Erfindung erzielbaren technischen Vorteile bestehen
vor allem darin, daß der Maschinenkörper infolge seiner Entlastung von allen Drehmomenten
außerordentlich leicht ausgebildet werden kann, weil dieser Maschinenkörper nur
noch die Aufgabe hat, die Steuerfunktionen und den Vorschub der Bohrmaschine zu
übernehmen.
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Ferner können vollständig mobile Bohrmaschinen statisch nicht abgestützt
werden. Durch die vorgegebene Anordnung wird jedoch das sonst üblicherweise eintretende
Verkippen (Verdrehen) um die Längsachse vermieden und hierdurch erst ein vollkontinuierlicher
Vortrieb über beliebig lange Strecken ermöglicht.