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Vorrichtung zur Regelung des Vorschubes an Gesteinsbohrmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an Gesteinsbohrmaschinen zur Erreichung eines konstanten und regelbaren Druckes des Bohrwerkzeuges auf das Gestein.
Beim Bohren von Gestein mittels rotierender Werkzeuge oder Schlagwerkzeugen ist es notwendig, dass das Bohrwerkzeug mit einem konstanten und regelbaren Druck gegen das Gestein gedrückt wird.
Beim Vertikalbohren kann, wenn ein das Gewicht des beweglichen Teiles übersteigender Druck nicht notwendig ist, der durch die Schwerkraft bedingte und mittels Gegengewichten geregelte Druck genügen. Beim Waagrechtbohren oder beim Schrägbohren aber kommt man ohne mittels mechanischer Vorrichtung erzeugtem Druck nicht aus. Bekannte Bohrgeräte verwenden zur Erzeugung des auf das Werkzeug in der Vorschubrichtung wirksamen Druckes Schraubenspindeln, Zahnstangen, Winden oder einen in einem Druckzylinder gleitenden, hydraulisch oder pneumatisch belasteten Kolben, wobei das das Bohrwerkzeug tragende und den Antriebsmotor enthaltende Gehäuse entlang einer unverschiebbar gelagerten Schraubenspindel bzw. Zahnstange verstellbar ist.
Bei Geräten, bei welchen der Druck in der Vorschubrichtung durch Druckflüssigkeit oder Druckluft hervorgebracht wird, ist das Gehäuse des Bohrwerkzeuges mit dem Kolben oder dem Zylinder verbunden. An den Bohrgeräten der letztgenannten Art sind Ventile vorgesehen, die eine Regelung der Vorschubgeschwindigkeit von Hand aus gestatten bzw. in einem andern Falle bei Ansteigen des Vorschubdruckes über einen zulässigen Maximalwert die Vorschubgeschwindigkeit selbsttätig herabsetzen.
Die Verwendung von Druckflüssigkeit oder Druckluft gewährleistet zwar die geforderte Konstanthaltung des Vorschubdruckes über die ganze Arbeitslänge des Bohrwerkzeuges, doch ist der Raumbedarf zufolge der grossen Länge des Zylinders übermässig gross. Für einen gegebenen Kolbenhub beträgt hiebei die Länge der Vorrichtung (Zylinder und Kolbenstange) das Doppelte der Länge des Kolbenhubes.
Ziel der Erfindung ist es, die Vermittlung des Druckes auf das Werkzeug mittels Kolben und Zylinder und die damit verbundenen Vorteile (gleichmässiger und regelbarer Druck) beizubehalten, gleichzeitig aber den sich aus der Verwendung eines Druckmittels (Druckflüssigkeit oder Druckgas) ergebenden Platzbedarf zu verringern.
Die Vorrichtung, bei der die Erfindung zur Anwendung kommt, verwendet zur Erzeugung des Arbeitsdruckes einen durch Druckluft beaufschlagten Kolben, wobei der den Kolben aufnehmende Zylinder bzw. der im Zylinder gleitende Kolben mit einem Schlitten in Verbindung steht, der mittels einer Mutter mit einer drehbaren Schraubenspindel verbunden ist, oder der Kolben zu dem gleichen Zwecke mit einer an einer Führungssäule gelagerten Zahnstange verbunden ist.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass der die Schraubenspindel drehende bzw. die Zahnstange verschiebende Motor von Druckluft beaufschlagt ist, dass in der zum Motor führenden Druckluftzuleitung ein Ventil vorgesehen ist, dass ferner ein den Vorschub mitmachender Anschlag vorgesehen ist, der das Ventil der Druckluftzuleitung öffnet, wenn der Kolben bzw. der Zylinder sich der am weitesten ausgefahrenen Stellung nähert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der zur Herstellung lotrechter Bohrlöcher eingerichteten Vorrichtung ist der eine Teil des Kolben-Zylinderaggregates, z. B. der Zylinder, mit dem Gehäuse des Druckluftventiles und der andere Teil des Aggregates, z. B. der Kolben, mit dem die Drehung des Hammers steuernden Motor in Richtung des Werkzeugvorschubes fest verbunden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Fig. l zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 zeigt die Einrichtung gemäss Fig. 1, wenn diese zum Senkrechtbohren verwendet wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform und Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung. Fig. 6 zeigt ein Detail der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Einrichtung.
Die in Fig. l dargestellte Maschine besteht aus einer Führungssäule 1, in welcher sich eine von einem pneumatischen Vorschubmotor 3 zu einer Drehbewegung angetriebene Schraubspindel 2 befindet.
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Auf der Säule 1 ist ein Gleitstück 4 gleitend gelagert, welches mit einer Laufmutter 5 versehen ist. Das Gleitstück 4 ist entlang der ganzen Länge der Säule 1 verschiebbar und ist mit einem Zylinder 6
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mit dem Bohrmeissel 10 trägt, mittels welchem das Bohrloch in das Gestein 11 eingetrieben wird.
Die Verschiebung des Kolbens 7 wird über die Luftzuleitung 12 bewirkt.
In einem mit dem Zylinder 6 fest verbundenen Zylinder 13 ist ein Ventil oder eine Klappe 14 vorgesehen, welches von einer im Zylinderinneren 16 angeordneten Feder 15 belastet ist. Mit dem Zylinderinneren 16 steht eine Luftzuleitung 17 in Verbindung, und durch das Ventil 14 wird der Austritt der Luft aus diesem Raum geregelt. Eine Stange 18, welche mit dem Ventil 14 fest verbunden ist, steht über den Zylinder 13 vor und wirkt mit einem an einer Stange 20 angebrachten Finger 19 zusammen. Die Stange 20 tritt aus dem Zylinder 6 hervor und ist mit dem Kolben 7 fest verbunden.
Wenn unter der Wirkung des Bohrhammers 9 der Bohrmeissel 1 0 in das Gestein eingetrieben wird, so verschiebt sich der Kolben 7 im Zylinder 6 nach vorne, bis der Finger 19 die Stange 18 berührt und den Ventilteller oder die Klappe 14 vom Ventilsitz abhebt. Nun kann Luft durch die Zuführungsleitung 17 und durch eine Leitung 21 zum Vorschubmotor 3 strömen und diesen antreiben, wodurch die Schraubspindel 2 in Drehung versetzt und der Zylinder ss und mit ihm der Zylinder 13 nach vorne verschoben wird, wodurch wieder der Kolben 7 in die in Fig. l dargestellte Lage gebracht wird.
Nach Aufhören der Berührung zwischen der Stange 18 und dem Finger 19 wird der Ventilteller 14 unter der Wirkung der Feder 15 wieder in seine Schliessstellung gedrückt und der Vorschubmotor 3 stillgesetzt bis zum Beginn eines neuen Arbeitsganges.
Bei Verwendung eines Ventiles 14 mit stetig veränderbarer Öffnung kann die Geschwindigkeit des Vorschubmotors 3 derart geregelt werden, dass dieser Motor den Zylinder 6 mit einer dem Vorschub des Werkzeuges in das Gestein genau entsprechenden Geschwindigkeit bewegt.
In Fig. 2 ist die Einrichtung nach Fig. l beim Senkrechtbohren dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Bohrung ist von derjenigen Art, bei welcher ein nicht dargestelltes Bohrwerkzeug an einer Bohrvorrichtung 23, z. B. einem Bohrhammer, angebracht ist und wobei die Bohrvorrichtung unmittelbar hinter dem Werkzeug in das Bohrloch eingebracht wird und sich dauernd am Grunde der Bohrung befindet.
Mit 24 ist der die Rotation der Bohrvorrichtung und mittels der Hohlstange 25 die Rotation des Bohrwerkzeuges bewirkende Motor dargestellt. Die Hohlstange 25 ist von mittels Muffen 26 miteinander verbundenen Teilen gebildet.
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Kolbens 7 und wird derart geregelt, dass der auf den Kolben ausgeübte Druck dem Druck das Gleichgewicht hält, welcher sich aus dem Gewicht der Bohrstangen abzüglich dem gewünschten Druck auf das Werkzeug ergibt.
Nach jedem Anschluss eines neuen Bohrohrelementes soll der Luftdruck auf den Kolben derart erhöht werden, dass die durch das zusätzliche Gewicht hervorgerufene Verschiebung des Gleichgewichtes wieder ausgeglichen wird.
Die Wirkungsweise ist dieselbe, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Verwendungsart : Am unteren
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der Vorschubmotor 3 angelassen wird und die Schraubspindel dreht. Der Zylinder 6 wird so weit nach unten bewegt, bis das Ventil 14 wieder geschlossen wird, wodurch der Vorschubmotor 3 bis zum nächsten Arbeitsgang abgestellt wird.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Bohrmaschine zum Senkrecht- bzw. Waagrechtbohren dargestellt, wobei ein doppeltwirkender Betätigungskolben vorgesehen ist, welcher das Bohrwerkzeug andrücken oder zurück- halten kann.
Auf einer Säule 31 ist ein mit einem Gleitstück 321 versehener Schlitten 32 gleitbar gelagert. Auf diesem Schlitten ist mittels Gleitstücken 33 ein Block 34 angeordnet, der einen Motor 35 trägt, welcher die Drehung der das nicht dargestellte Bohrwerkzeug tragenden Bohrspindel 36 bewirkt.
Am Block 34 ist ein Zylinder 37 befestigt, in welchem ein Kolben 38 angeordnet ist, welcher mittels einer Stange 39 mit einem Querstück 40 des Schlittens 32 verbunden ist.
Mittels eines Umschalters 41 kann die durch die Zuleitung 42 zugeleitete Druckluft durch jeweils einen der Kanäle 71 oder 72 auf eine der beiden Flächen des Kolbens 38 zur Wirkung gebracht werden.
Dieser Umschalter ist in Fig. 6 genauer dargestellt. Er besteht aus einem mit dem Zylinder 37 fest verbundenen Gehäuse 73, in welchem die Kanäle 71 und 72 vorgesehen sind.
In einer Bohrung des Gehäuses 73 ist ein Hahn 74 drehbar gelagert, welcher mit einem mit der Luftzuführung 42 in Verbindung stehenden zentralen Kanal 421 und mit einem ins Freie führenden Kanal 75 versehen ist.
Durch die Bohrung 76 kann die Luftzuführung 42 entweder mit dem Kanal 72 oder mit dem Kanal 71 in Verbindung gesetzt werden.
Je nach der Stellung des Hahnes 74 ist es möglich, dass a) die Luft von der Luftzuführung 42 in den Raum 51 (durch 421, 76 und 72) eintritt und durch 71 und 75 entweichen kann, oder dass
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Am Zylinder 37 ist der Finger 19 vorgesehen, welcher mit der Stange 18 zusammenwirkt, die mit dem im Zylinder 13, welcher am Schlitten 32 angebracht ist, vorgesehenen Ventil 14 fest verbunden ist. Die Teile 15, 17 und 21 sind dieselben wie die entsprechenden Teile in den Fig. 1 und 2.
Die Verschiebung des Schlittens 32 wird durch eine Zahnstange 45 bewirkt, mit welcher ein von einem Vorschubmotor 47 angetriebenes Ritzel 46 in Eingriff steht.
Wenn die Bohrspindel gegen das Bohrwerkzeug gedrückt werden soll, so ist die Wirkungsweise folgende :
Die für einen bestimmten Druck erforderliche Pressluft tritt durch die Zuleitung 42 in den Raum 50 ein und drückt den Block 34 mit dem Motor 35 gegen das im Gestein arbeitende Werkzeug und bewirkt zur gleichen Zeit die Verschiebung des Zylinders 37.
Zufolge der Verschiebung des Zylinders 37 trifft der Finger 19 auf die Stange 18 und öffnet das Ventil 14.
Die durch die Leitung 21 strömende Druckluft treibt den Vorschubmotor 47, welcher den Schlitten 32 und damit auch den Zylinder 13 und den Kolben 38 nach vorne verschiebt.
Zufolge dieser Verschiebung nach vorne wird das Ventil wieder in Schliessstellung gebracht und der Vorschubmotor 47 abgestellt. Gleichzeitig nimmt der Kolben 38 wieder seine frühere Lage im Zylinder ein.
Der dauernde Vorschub der Bohrspindel löst jedesmal, wenn der Finger 19 das Ventil 14 öffnet, eine neue Verschiebung des Schlittens 32 aus.
Wenn senkrecht gebohrt wird, so soll die Bohrspindel nicht gegen das Bohrwerkzeug drücken, sondern es soll vielmehr die Bohrspindel derart gehalten werden, dass das Gewicht der Bohrstangen kompensiert wird.
Hiezu genügt es, den Umschalter 41 so zu stellen, dass die Druckluft in den Raum 51 des Zylinders 37 eintritt.
Da das Gesamtgewicht der Bohrstangen des Werkzeuges und des das Werkzeug drehenden Motors 35 grösser ist als der durch den Kolben bewirkte Druck, so sinkt der Zylinder 37 und öffnet das Ventil.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Druck- oder Haltekolben 60 mit einer Zahnstange 62 fest verbunden ist, welche auf einem Gleitstück in einer Führungssäule 63 angeordnet ist. Diese Zahnstange trägt an ihrem einen Ende den Finger 19, welcher mit der auf der Säule 63 befestigten Ventilanordnung 13-17 zusammenwirkt.
Der die Drehung der Bohrspindel 65 bewirkende Motor 64 und der Vorschubmotor 66 sind auf einem entlang der Säule 63 gleitenden Schlittenträger 67 angebracht.
Die Welle 691 des Verschubmotors 66 ist mit einem Ritzel 69 versehen, welches mit der Zahnstange 62 in Eingriff steht.
Bei stillstehendem Vorschubmotor 66 steht der auf der Führungssäule 63 gleitende Schlittenträger 67 über das Ritzel 69 mit der Zahnstange in Verbindung. Dadurch wird das an der Bohrspindel 65 befestigte Bohrwerkzeug mittels des Kolbens 60, welcher unter der Wirkung der in den Raum 68 eingeführten Druckluft steht, gegen das Gestein gedrückt.
Beim Eindringen des Bohrwerkzeuges in das Gestein schiebt die Zahnstange 62 den Schlitten 67 vor und öffnet durch die Einwirkung des Fingers 19 auf die Stange 18 das Ventil 14. Die nun durch die biegsame Leitung 21 strömende Druckluft treibt den Vorschubmotor 66, welcher über das Ritzel 69 die Zahnstange 62 zurückschiebt, und verschiebt den Kolben 60 in seine anfängliche Lage. Das Ventil 14 wird geschlossen und der Vorschubmotor 66 wird bis zum Beginn eines neuen Arbeitsganges abgestellt.
Das Ausmass der Öffnung des Ventiles regelt den Gang des Vorschubmotors und auf diese Weise auch die Vorwärtsbewegung des Werkzeuges, wobei ein durch den auf die Fläche des Kolbens 60 wirkenden Luftdruck bestimmter Druck aufrechterhalten bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Regelung des Vorschubes an Gesteinsbohrmaschinen, bei welchen das Bohrwerkzeug mit einem Kolben bzw. mit einem Zylinder zusammenwirkt, der durch Druckluft beaufschlagt wird und den Arbeitsdruck liefert, wobei der den Kolben aufnehmende Zylinder bzw. der im Zylinder gleitende Kolben mit einem Schlitten in Verbindung steht, der mittels einer Mutter mit einer drehbaren Schrauben- spindel verbunden ist, oder der Kolben zu dem gleichen Zwecke mit einer an einer Führungssäule gelagerten
Zahnstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schraubenspindel (2) drehende bzw.
die Zahnstange (62) verschiebende Motor (3, 47, 66) von Druckluft beaufschlagt ist, dass in der zum Motor führenden Druckluftzuleitung (21) ein Ventil (14) vorgesehen ist, dass ferner ein den Vorschub mitmachender Anschlag (19) vorgesehen ist, der das Ventil (14) der Druckluftzuleitung (21) öffnet, wenn der Kolben (7, 38, 60) bzw. der Zylinder sich der am weitesten ausgefahrenen Stellung nähert.