DE4036193A1 - Exzenterantrieb fuer radial schwingende walzen-, rollen- und fraesbohrwerkzeuge - Google Patents

Description

Es gibt diverse Systeme Rollen- oder Fräsbohrwerkzeuge zu aktivieren - d. h. mit Schlagimpulsen zu versehen und schlagend arbeiten zu lassen. Hierdurch werden die erforderlichen Andruckkräfte bis unter 10% reduziert und die Bohr-/Abtragleistungen - besonders im Hartgestein - erheblich erhöht - bei Verwendung leichterer Maschinen.

Beim Aktivieren mit anderen Techniken ergeben sich Schwingungs- und Energieprobleme u. a. auch extrem harte und Prellschläge. Durch die erfindungsgemäßen Systeme mit Exzenteraktivierung und insbesondere mit dynamischer Auswuchtung werden diese eliminiert. Die Besonderheit der Erfindung liegt außerdem darin, das System als einfaches Rollen-, als schlagendes Rollenbohrwerkzeug mit oder ohne Eigenantrieb - als Fräsbohr-/Abtragwerkzeug zum Einsatz bringen zu können. Die Systeme haben in einer besonderen Bauart ein spezielles drehzahlregel- oder festlegbares Untersetzungsgetriebe - in einer speziellen Ausführung mit Kraftrückübertragung.

Beispiel: Die Exzenterwelle wird mit 3000 U/min angetrieben; der Exzenter hat eine Amplitude von 5 mm und die Hülse resp. das Werkzeug läuft 30 : 1 untersetzt mit nur 100 U/min; die Gegengewichte sind so bemessen, daß sie die Hülse mit Werkzeugen auswuchten.

In jeweils nur einem Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 1 in 1 eine mit Werkzeugen bestückte - in den Lagern 2 auf dem Exzenter 3 drehend gelagerte radial schwingende Hülse mit den Bohrwerkzeugen. 4 sind die am Exzenter justierbaren Gegengewichte zur dynamischen Auswuchtung. 5 ist die für einen langsam drehenden Antrieb der Hülse erforderliche Welle, die mit 1 verbunden ist. 6 ist der Halter mit den Lagern 7 in denen der andere Teil der Exzenterwelle/ Hülse 3 drehend gelagert ist. 8 sind die bei dieser Ausführung erforderlichen Lager für die Antriebswelle 5. Diese Antriebswelle kann aber vorne und hinten ein Kardangelenk haben ohne Lager - mit direktem motorischen Antrieb. 9 ist der Antrieb der schnellaufenden Exzenterwelle - als Motor ausgebildet oder wie dargestellt über (Zahn-) Keilriemen. In einer gesonderten Ausführung als Kombination beanspruchtes Untersetzungsgetriebe ist 10 der Innenzahnkranz in welchem der an der Antriebswelle 5 befestigte Außenzahnkranz 11 exzentrisch abläuft und dadurch die Welle 5 in etwa 20 : 1 untersetzt antreibt. In einer besonders beanspruchten Ausführung ist der Innenzahnkranz 10 mit einem Zapfen 12 versehen, der in 13 drehend gelagert ist; langsam mitdrehend kann somit/damit die Drehzahl der Hülse mit Werkzeugen reduziert werden - angetrieben erhöht werden. Die erfindungsgemäße Kraftrückübertragung mit gleichzeitiger Möglichkeit einer Drehzahlbestimmung für die Hülse erfolgt beispielsweise über 14- 18 - ist aber u. a. auch hydraulisch möglich.

In der Fig. 2, einem anderen Antriebssystem für eine vorzugsweise zweiseitig gelagerte Hülse mit Werkzeugen ist 19 die Hülse, die mit den Lagern 20 auf der Exzenterwelle 21 frei drehend gelagert ist. Gesonderter Schutz wird dafür beansprucht, eine normale zylindrische Welle mit den gewünschten Exzenterhülsen=Amplituden auswechselbar auszurüsten. 22 ist bei dieser Ausführung der langsam drehende an der Hülse befestigte Innenzahnkranz, der um den gestellfest angeordneten Anßenzahnkranz 23 exzentrisch rotiert. 24 sind die Lager im Halter 25 für die schnell drehende angetriebene Welle 26 mit justier- und dynamisch auswuchtbaren Kontergewichten im Inneren der Hülse 19. 27 stellt eine Keilriemenschiebe dar - vorzugsweise wird aber ein schnelldrehender Motor direkt angeflanscht.

In Fig. 3 ist ein nur exzenteraktiviertes nicht fremd angetriebenes Rollenbohrwerkzeug dargestellt - in dieser Ausführung zweiseitig gehalten. 28 ist einer der Halter mit den Lagern 29 für die Exzenterwelle 30 mit den Lagern 31 für die Hülse. 32 sind beispielsweise 3 Diskenrollenbohrwerkzeuge mit Hartmetallstiften, die auf der exzentrisch radial schlagenden Hülse montiert sind und über die justierbaren/ dynamisch auswuchtbaren Gegengewichte 34 ausgewuchtet werden. 35 ist die angetriebene schnellaufende Exzenterwelle. Um gleiche Bohrleistungen im Hartgestein zu erzielen, liegt der bei der erfindungsgemäßen Technik erforderliche Anpreßdruck bei weit weniger als 10% - im Vergleich zum konventionellen Rollenbohren mit 10-20 Tonnen Andruck/Diske. Ein enormer Vorteil. Außerdem rollt das Rollenbohrwerkzeug bei dieser erfindungsgemäßen Technik selbständig langsam rotierend gegenläufig zur Kurbelwellendrehrichtung auf dem Gestein oder dgl. ab - verschleißt damit gleichmäßig und/oder kann dadurch auf der Stelle bohren. Eine Mitlaufsperre, Ratsche oder dgl. ist vorzusehen, um das schnelle Mitdrehen der Hülse in Drehrichtung der Exzenterwelle zu verhindern.

Die Fig. 4 entspricht in ihrer Technik der Fig. 1 - vorzugsweise ohne den Rückantrieb 15 - 18 - ist jedoch erfindungsgemäß so ausgebildet und konstruiert, daß der/ein angetrieben rotierender, radial schlagender Fräsbohrkopf 36 - z. B. mit einer Spülbohrung 37 versehen - in′s Volle bohren - erweiternd oder seitlich bzw. radial geschwenkt einen Schlitz des Durchmessers in Höhe des Bohrkopfes bohren kann - für diese Anwendungen wird gesonderter Schutz beantragt. 38 ist der Antrieb des Bohrkopfes entsprechend Fig. 1 mit Gegengewichten im Bohrkopf etc. 39 soll eine Ratsche oder dgl. sein, die dem Bohrkopf noch zusätzliche lineare Schläge in Vortriebsrichtung vermitteln kann. 40 ist der um die Hohlwelle 38 angeordente Motor oder ein sonstwie gearteter Antrieb für die Exzenterwelle mit Bohrkopf - in 41 befindet sich das Untersetzungsgetriebe entsprechend Fig. 1 oder ein gesonderter sonstiger Antrieb um den Bohrkopf langsam rotieren lassen zu können. Durch 42 kann die Spülung - Luft, Wasser oder dgl. bis zur Öffnung 37 gedrückt werden. 42 kann aber auch der gesonderte Antrieb für den Bohrkopf sein. 43 ist das gehäuse, das beim Bohren/Abtragen starr geführt/ bewegt werden muß.

In Fig. 5 wird eine zusätzliche spezielle Exzenterhülse 44 dargestellt und beansprucht, mit der durch Verdrehen gegen 3 die Amplitude stufenlos von max. (wie dargestellt) bis 0 eingestellt werden kann, von außen ohne Demontage - bei gleichzeitigem Auswechseln des Zahnrades 11 gegen ein passendes für die entsprechenden Amplitude - und erneuter Auswuchtung. Außerdem wird hiermit ein konventionelles Fräsen ermöglicht und beansprucht - in einer Ausführungsform dadurch, daß das Zahnrad 11 entkoppelt wird und die Exzenterhülse 3 über die Mitnehmerscheibe 45 mit Schrauben/Stiften 46 - den Werkzeugträger 1 antreibt; hierzu sind die Gegengewichte und die Amplitude auf 0 zu stellen. - In einer anderen Version für die ebenfalls Schutz beansprucht wird, treibt die Welle 5 den Werkzeugträger 1 über die Mitnehmerscheibe 45 an, wobei die Exzenterhülsen 3 und 44 gesperrt werden, d. h. nicht mehr drehen dürfen und gleichzeitig der Antrieb über die Zahnriemenscheibe 9 entfällt.

Gemäß den Ansprüchen wird gesonderter Schutz dafür beantragt, mit einer oder mehreren Schneidscheiben zu Schneiden oder grobstückig ein- oder mehrschichtig hinterschneidend abzutragen.

Claims (13)

1. Exzenteraktivierte radial schwingende Rollen-, Fräsbohrwerkzeuge mit getrenntem Antrieb für die schnelldrehende Exzenterwelle und eine langsam laufende/ ablaufende Hülse mit Werkzeugen dadurch gekennzeichnet, daß das oder die an der Exzenterwelle befestigten justierbaren Gegengewichte zur dynamischen Auswuchtung im Zentrum der auf der Exzenterwelle drehend gelagerten Hülse rotieren.

2. nach 1 gekennzeichnet durch Eigenantrieb/Selbstdrehen einer als Rollenbohrwerkzeug ausgebildeten und fungierenden Hülse mit Werkzeugen.

3. nach 1-2 gekennzeichnet durch Fremdantrieb der Hülse mit Werkzeugen.

4. nach 1-3 gekennzeichnet durch einseitige Halterung/ Lagerung der Exzenterwelle mit Hülse und gleichseitigem Antrieb der Hülse und Exzenterwelle.

5. nach 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß eine freidrehende Welle durch die Exzenterwelle zum äußeren Ende der Hülse geführt wird um die Hülse mit Werkzeugen anzutreiben.

6. nach 1-5 gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Untersetzungsgetriebe von der Exzenterwelle auf die Hülse, das aus einem Zahnrad besteht das in einem gehaltenen Innenzahnkranz exzentrisch abläuft resp. aus einem Innenzahnkranz, der um ein gehaltenes Zahnrad exzentrisch abläuft.

7. nach 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzahnkranz oder das Zahnrad zentrisch drehbar gelagert sind, um über eine Bremse die Hülsendrehzahl unabhängig von der Exzenterdrehzahl reduzieren - oder mit einem Motor die Drehzahlen bestimmen zu können.

8. nach 7 gekennzeichnet durch den Verfahrensanspruch der Kraftrückübertragung vom Untersetzungsgetriebe auf die Exzenterwelle bei gleichzeitiger Wählbarkeit der jeweils optimalen Drehzahl des Fräs- oder Rollenbohrwerkzeuges durch entsprechende Zahnräder bzw. des Untersetzungsverhältnisses (Fig. 1).

9. nach 8 gekennzeichnet durch hydraulische Drehzahlbestimmung.

10. nach 1-9 durch Wähl- und Einstellbarkeit der Exzenteramplitude von max bis 0.

11. nach 1-10 gekennzeichnet durch den Verfahrensanspruch/ Kombinationsanspruch, die Drehzahl des Exzenters, die Drehzahl der Hülse und die Amplitude dem abzutragenden Material/Gestein anzupassen.

12. nach 1-11 gekennzeichnet durch Einstellen der Amplitude auf 0 - und direktem Antrieb der damit zentrisch rotierenden Hülse mit Werkzeugen.

13. nach 1-12 gekennzeichnet durch die Verwendung zentrischer Dichtungen.