AT392670B - Anordnung fuer ein axiallager einer bohrmaschine - Google Patents

Description

AT 392 670 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine mit einem Gehäuse, mit einer darin angebrachten Schlagvorrichtung, mit einer Drehhülse, welche als Drehantrieb für einen an einer axialen Verlängerung der Schlagvorrichtung angebrachten Schaft dient, und mit einem im Gehäuse angebrachten und die vom Schaft auf das Gehäuse ausgeübten Axialkräfte aufnehmenden Axiallager, welches unter der S Einwirkung eines Druckmediums in Achsrichtung federnd bewegbar ist.

In üblichen hydraulischen Schlagbohrmaschinen dient die im Gehäuse angebrachte Schlagvonichtung dazu, aufeinanderfolgende axiale Schläge auf den Schaft auszuüben, an welchem die Bohrstange befestigt ist. Der Schaft ist beispielsweise axial und drehbar beweglich im Gehäuse mittels der DrehhUlse gelagert, welche im Eingriff mit einem vom Gehäuse getragenen Drehantrieb steht. Das Gehäuse wird seinerseits auf einem Vorschubschlitten 10 gelagert, sodaß die Bohrmaschine entlang eines Vorschubbalkens der Bohreinrichtung bewegt werden kann.

Beim Bohren eines Felsens wird ein Schlagimpuls vom Felsen in die Bohrmaschine zurückgeworfen, wobei die daraus entstehende Kraft in irgendeiner Weise von der Bohrmaschine abgefangen werden muß. Zur Aufnahme dieser Kraft sind verschiedene federnde Axiallagerkonstruktionen für Bohrmaschinen entwickelt worden, mit welchen diese vor schlagartigen Spannungsimpulsen geschützt werden sollen. Beispiele für bekannte federnde IS Axiallagerkonstruktionen zeigen die finnische Patentschrift 58 816, die deutsche Auslegeschrift 2 738 956, die schwedische Auslegeschrift440 873 und die deutsche Offenlegungsschrift 2 610 619.

Schwächen der »wähnten federnden Axiallager sind u. a. ihr komplizierter Aufbau und die große erforderliche Anzahl von Abdichtungen sowie die Tatsache, daß die Federung nicht geregelt werden kann, d. h., daß die Steife der bekannten Axiallag» konstant ist. Weitere Nachteile sind die Verzögerung des Federungsphänomens und die 20 Abhängigkeit von der auf die Bohrmaschine einwirkenden Vorschubkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für ein Axiallag» ein» Bohrmaschine zu schaffen, bei welchem die Nachteile der bekannten Konstruktionen vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallag» derart regelbar sind, daß in der normalen Betriebsstellung das Axiallager eine Lage zwischen seinen Endlagen einnimmt. 25 Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in d» Möglichkeit, das Axiallager so einzuregeln, daß es auf einen auf den Schaft zurückwirkenden Schlagimpuls ohne Verzögerung reagieren kann. Ein weiter» Vorteil besteht in der Möglichkeit, die Federung des Axiallagers so auszuführen, daß eine Veränderung der auf den Schaft einwirkenden Rückstoßkraft sich nicht auf die Bohrvorrichtung auswirkt, sodaß die Beanspruchung der Bohrmaschine im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen wesentlich geringer ist. Die Konstruktion ist 30 einfach, da beispielsweise bestimmte Abdichtungen nicht mehr nötig sind. Aufgrund der einfachen Konstruktion verringern sich im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen die Herstellungs- und Wartungskosten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiele näher beschrieben, wobei Figur 1 eine prinzipielle Seitenansicht einer Bohrmaschine zeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Axiallageranordnung versehen ist, 35 Figur 2 einen Schnitt gemäß den Pfeilen (Π-ΙΙ) in Figur 1 zeigt,

Figur 3 die erfindungsgemäße Anordnung in größerem Maßstab zeigt,

Figur 4 die Anordnung der Figur 3 nach einem Hub eines Hubkolbens zeigt

Figur 5 die Anordnung der Figuren 3 und 4 nach dem Verschieben der Kolben zeigt,

Figur 6 eine prinzipielle Ansicht einer Bohrmaschine zeigt, die mit einer Anordnung gemäß der zweiten 40 Ausführungsform der Erfindung vorsehen ist,

Figur 7 einen Schnitt gemäß den Pfeilen (VII-VII) der Figur 6 zeigt.

Figur 8 zeigt einen Schnitt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Figur 7.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 bewegt sich ein Hubkolben (1) in einem Gehäuse (6), welches in bekannter Weise aus mehreren Teilen besteht. Ein Schaft (2) ist im Gehäuse drehbar und axial beweglich 45 gelagert. Seine Drehbewegung erhält der Schaft (2) mittels eines Zahnradgetriebes von einem eigenen hydraulischen Motor, welche in den Figuren nicht dargestellt sind. Der Umfang der Drehhülse (3) ist mit einer Verzahnung versehen, welche mit dem genannten Zahnrad in Eingriff ist. Der Innendurchmesser der Drehhülse (3) weist Klauenzähne auf, welche gegenüber der Klauenverzahnung des Schaftes axial verschieblich sind. Die genannte Drehhülse (3) ist an ihren beiden Enden mit deren Umfang im Gehäuse (6) drehbar gelagert. Der Schaft 50 (2) ist an seinem vorderen Ende im Gehäuse (6) und an seinem hintern Ende mittels eines Lagers (8) in der

Drehhülse (3) gelagert.

Soweit beschrieben, ist dieser Konstruktion einem Fachmann geläufig, sodaß auf Einzelheiten oder die Funktion hier nicht näher eingegangen wird.

Zur Aufnahme der vom Felsen auf die Bohrmaschine zurückgeworfenen Schlagimpulse ist im Gehäuse (6) 55 ein federndes Axialdrucklager vorgesehen, welches sich unter der Wirkung eines Druclonediums axial bewegen kann und damit die oben erwähnte Abfederung bewirkt. Erfindungsgemäß sind der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallager derart regelbar, daß in der normalen Betriebslage das Axiallager eine Lage zwischen seinen Endlagen einnimmt. Dieses Axiallager wird vorzugsweise aus mehreren, in axialen Ausnehmungen gelagerten Kolben (4) gebildet, wobei die Ausnehmungen in dem den Schaft (2) umgebenden 60 Gehäuse in gleichen Abständen vorgesehen und über ein Kanalsystem (7) miteinander in Verbindung stehen. Dies kann insbesondere Figur 2 entnommen werden.

Wie aus Figur I ersichtlich, mündet das Kanalsystem (7) in die hinter den Kolben befindlichen Böden der -2-

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Ausnehmungen. Bei dieser Lageangabe wird davon ausgegangen, daß die Bohrmaschine in Richtung des Vorschubes gesehen wird. Das Kanalsystem besteht aus einem Ringkanal (7a), von dem aus jeweils eine Verbindung (7b) zu den Ausnehmungen besteht, und einem Einlaßkanal (7c) und einem Auslaßkanal (7d). Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist im Auslaßkanal (7d) eine Drossel (12) angebracht, mittels welcher die Schmiermittelzufuhr zum Kupplungsteil des Schaftes gesteuert wird. An den Eingangskanal (7c) sind weiter unten beschriebene hydraulische Elemente angeschlossen, welche die Strömungsmenge und den Druck im Kanalsystem (7) für das Axiallager regeln.

Die Vorwärtsbewegung der Kolben (4) des Axiallagers wird durch einen im Gehäuse (6) angebrachten Ring (5) begrenzt, dessen Innenumfang kleiner als der Umfang einer um die Außenkanten der Kolben (4) gezogenen Hüllkurve ist Die Rückwärtsbewegung jedes Kolbens (4) wird durch den Boden der betreffenden Ausnehmung begrenzt Die Drehhülse (3) legt sich mit ihrem vorderen Ende an das Gehäuse (6) und mit ihrem hinteren Ende an die Stirnflächen der Kolben (4) an. Da die Kolben ohne Abdichtungen eingesetzt sind, «folgt ein Lecken von Druckflüssigkeit, wobei der Austritt von Druckflüssigkeit in den Hubraum durch eine Abdichtung (9) verhindert wird. Die Abdichtung (9) ist im Gehäuse (6) am hinteren Ende des Schaftes vorgesehen. Einen Austritt von Öl, welches als Druckflüssigkeit wirkt, aus dem vorderen Teil des Gehäuses wird durch die Abdichtung (11) verhindert. In der vorgehenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck "vorwärts" eine Bewegung in Vorschubrichtung der Bohrmaschine, und der Ausdruck "rückwärts" eine hinsichtlich der Vorschubbewegung entgegengesetzte Richtung.

Die Konstruktion und Schmierung des Kupplungsteiles der Drehhülse (3) und des Schaftes (2) können beispielsweise in der Art der Konstruktion gemäß der finnischen Patentschrift 66 459 ausgebildet sein. Bezüglich der Schmierung sei hier nur erwähnt, daß am hinteren Ende des Schaftes (2) vor die Abdichtung (9) Luft eingeleitet wird. Die Lufteinblasung ist in Figur 1 mit (IP) angegeben. Aufgabe dieser Luft ist es, das öl an die Schmierstellen der Lager zu fördern, Schwankungen der Strömung auszugleichen und Kavitation zu verhindern. Das Öl wird vor seiner Filterung und Rückführung in den Tank entlüftet.

Das in der Ausführungsform gemäß Figur 1 verwendete Axiallager ist in größerem Maßstab in den Figuren 3 bis 5 dargestellt Im folgenden wird die Erfindung anhand dieser Figuren beschrieben.

In Figur 3 ist der begrenzte Bewegungsbereich der Kolben (4) mit (Δχ) bezeichnet Mit dem Ausdruck "begrenzter Bewegungsbereich" wird hier der Weg bezeichnet, über den sich der Kolben axial bewegen kann. Dieser Bewegungsbereich ist wie oben erläutert durch den Ring (5) und den Boden der Ausnehmung gegeben. In Figur 3 befindet sich der Kolben (4) in einem Abstand (Y) vom Boden der Ausnehmung. Der im Kanalsystem (7) herrschende Druck übt eine Kraft auf den Kolben (4) aus, welche auf die Drehhülse (3) drücken, welche sich ihrerseits am Schaft (2) abstützt Diese Lage ist in Figur 3 dargestellt

Bei einem Hub des Hubkolbens (1) beaufschlagt dieser den Schaft (2), welcher dadurch stufenweise und rasch um die Länge (ΔΖ) verschoben wird. Diese Lage ist in Figur 4 dargestellt.

Anschließend wird die Drehhülse (3) durch die Kolben rasch dem Schaft (2) nachgeführt, sodaß die Drehhülse wieder am Schaft (2) anliegt Diese Lage ist in Figur 5 dargestellt.

Nach dem vom genannten Hubkolben (1) ausgeführten Hub bewirkt der vom Felsen zurückgeworfene Spannungsimpuls eine rasche, stufenweise Verschiebung des Schaftes (2) in eine zur vorhergehenden entgegengesetzten Richtung. Beim Eintreffen des zurückgeworfenen Impulses befindet sich die Drehhülse (3) jedoch in der Lage der Figur 5, womit die axiale Bewegung des Schaftes (2) durch die federnden Kolben (4) des Axiallagers aufgenommen wird. Da die Kolben (4) und die Drehhülse den Bewegungen des Schaftes nahezu ohne Verzögerung folgen, kann der auf den Schaft einwirkende Rückstoßimpuls von den Kolben des Axiallagers aufgenommen werden, und zwar unabhängig von einer Verzögerung des Eintreffens des Rückstoßimpulses. Würde der Fall eintreten, daß sich die Kolben in ihre vordere Endlage verschoben haben, d. h. in eine Lage, in welcher Y = Δχ ist, so könnten die Kolben (4) der weiteren Verschiebung des Schaftes nicht folgen. Eine Abstützung des Schaftes wäre nicht gegeben, und der auf den Schaft einwirkende zurückgeworfene Druckspannungsimpuls würde sich in einen Zugspannungsimpuls verkehren, der eine Beanspruchung der Bauteile und ihrer Verbindungen bewirken würde. Die Drehhülse (3) wird von einer auf die Bohrmaschine ausgeübten Vorschubkraft verschoben und trifft auf den Schaft (2) auf. Dies erfolgt jedoch mit einer großen Verzögerung, und während dieser Zeit können die Kolben (4) des Axiallagers die auf den Schaft ausgeübten Rückstoßimpulse nicht abdämpfen.

Andererseits zeigt sich, daß eine Federung ebenso unmöglich ist, wenn sich die Kolben (4) in ihren hinteren Endlagen befinden, d. h., wenn Y = 0 ist.

Aus Vorstehendem ergibt sich also, daß sich die Kolben im Betrieb der Bohrmaschine zwischen diesen Endlagen befinden sollen, wodurch ein jedem Betriebszustand entsprechendes Arbeiten gemäß den Figuren 3 bis 5 gewährleistet ist Die Lage des Kolbens soll daher folgender Bedingung entsprechen: 0 < Y < ΔΧ

Entsprechend dieser Bedingung müssen daher der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallager so geregelt werden, daß sich in der Normallage die Kolben immer zwischen den genannten Endlagen befinden, womit bei allen normalen Betriebszuständen eine Bewegung der Dämpfungskolben in beide Richtungen -3-

Claims (10)

1. AT 392 670 B möglich ist. Figur 1 zeigt einen vorteilhaften hydraulischen Kreislauf, mittels welchem die vorbeschriebene Funktion erzielt wild. Eine als Druckmedium dienende Hydraulikflüssigkeit wird von einer Pumpe (20) über eine Leitung (17) und ein Drossel-Rückschlag-Ventil (13) dem Einlaßkanal (7a) zugeführt. Die erwünschte Funktion wird durch ein Druckbegrenzungsventil (15) erzielt, welches ein geeignetes Druckniveau im System hält. Die Federung des Axiallagers wird durch Einstellen des Drossel-Rückschlagventils (13) auf den gewünschten Wert geregelt. Die rasche Bewegung der Kolben (4) wird durch einen Windkessel (14) sichergestellt, der mit dem Kanalsystem (7) über das Drossel-Rückschlag-Ventil (13) verbunden ist Die Figuren 6 bis 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei das Axiallager selbst dem der Ausführungsform nach Figur 1 gleich ist sich der Hydraulikkreislauf jedoch von jenen der Figur 1 unterscheidet In der Ausführungsform nach den Figuren 6 bis 8 wird der mittlere Druck im Kanalsystem (7) durch das Ventil (15) geregelt Dieses Ventil kann dabei beispielsweise mechanisch in Abhängigkeit von der Lage eines Kolbens geregelt werden. In Figur 8 ist eine derartige Regelung dargestellt In der Ausführungsform nach Figur 8 wird das Druckbegrenzungsventil (15) durch eine mechanisch mit einem Kolben (4) verbundene Spindel gebildet. Der Kolben (4) steuert dann direkt die Spindel (15), die je nach Lage des Kolbens (4) den Kanal (A) (Figur 8), der zum Einlaßkanal (7c) des Axiallagers führt, entweder mit der Druckleitung (17) (P) der Pumpe (20) oder über eine Drossel (16) (Figur 8) mit einem Tank verbindet. Wenn sich der Kolben (4) der vorderen Begrenzung nähert, wird dm1 Druck im Kanalsystem (7) abgesenkt, während bei einer Annäherung des Kolbens (4) an seine hintere Endlage der Druck im Kanalsystem (7) angehoben wird. Auf diese Weise verbleibt der Kolben (4) in seiner mittleren Lage zwischen den Endlagen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen in keiner Weise die Erfindung einschränken, sondern es kann diese im Rahmen der Patentansprüche auf vielerlei Arten abgewandelt werden. Es müssen also die Teile nicht genau so ausgeführt sein, wie es in den Figuren dargestellt ist, sondern es sind auch andersartige Lösungen möglich. In der Ausführung nach Figur 6 kann zur Steuerung des Ventils (15) auch ein Signal verwendet werden, welches von einem Meßgeber geliefert wird, welcher die durchschnittliche Lage des Kolbens mißt Das Ventil (15) kann dann beispielsweise ein elektrisches Proportionalventil sein. Die Ausnehmungen für die Aufnahme der Kolben können in jeder beliebigen geeigneten Weise hergestellt werden, beispielsweise etwa dadurch, daß im Gehäuse Zylinder entsprechender Größe ausgebohrt werden. Entsprechend könnten die Kolben aus geraden Zylinderzapfen, usw. gebildet werden. Das Axiallager muß auch nicht aus Kolben entsprechend den Figuren gebildet werden, sondern es sind auch andere Lösungen möglich, z. B. kann das Lager aus einem niedrigen zylinderförmigen Teil gebildet werden. Das zur Regelung des Axiallagers verwendete hydraulische System kann, wie in den Figuren gezeigt, mit dem Schmiersystem der Ankopplung des Schaftes in Reihe geschaltet sein; dies ist aber nicht die einzige Möglichkeit, denn das Regelsystem des Axiallagers und das Schmiersystem der Ankopplung des Schaftes können nötigenfalls aus eigenen selbständigen Systemen bestehen. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, mit einem Gehäuse, mit einer darin angebrachten Schlagvorrichtung, mit einer Drehhülse, welche als Drehantrieb für einen an einer axialen Verlängerung der Schlagvorrichtung angebrachten Schaft dient, und mit einem im Gehäuse angebrachten und die vom Schaft auf das Gehäuse ausgeübten Axialkräfte aufnehmenden Axiallager, welches unter der Einwirkung eines Druckmediums in Achsrichtung federnd bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallager derart regelbar sind, daß in der normalen Betriebsstellung das Axiallager eine Lage (Y) zwischen seinen Endlagen (0, ΔΧ) einnimmt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager aus mehreren Kolben (4) besteht, die in axialen, durch ein Kanalsystem (7) miteinander verbundenen Ausnehmungen angeordnet sind, welche in dem den Schaft (2) umgebenden Gehäuse (6) vorgesehen sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckniveau des dem Kanalsystem (7) zugeführten Druckmediums mit einem an die Auslaßleitung einer Pumpe (20) für das Druckmedium angeschlossenen Druckbegrenzungsventil (15) auf einer gewünschten Höhe gehalten wird, wobei das Druckmedium dem Kanalsystem (7) über ein Widerstands-Rückschlag-Ventil (13) zugeführt wird, welches die Federung des Axiallagers regelt, und wobei ein mit dem Kanalsystem (7) über das Widerstands-Rückschlag- -4- AT 392 670 B Ventil verbundener Windkessel (14) die rasche Bewegung der Kolben (4) aufgrund der Beaufschlagung mit Druckmedium sicherstellt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichet, daß die Druckregelung des Kanalsystems (7) durch ein an die Auslaßseite da- Pumpe (20) für das Druckmedium angeschlossenes Druckbegrenzungsventil (15) erfolgt, welches den mittleren Druck im Kanalsystem regelt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Druckbegrenzungsventils (15) in Abhängigkeit von der Lage eines Kolbens (4) erfolgt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (15) aus einer mechanisch mit dem Kolben (4) verbundenen Spindel gebildet wird, welche in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens den Druck des dem Kanalsystem (7) zugeführten Druckmediums auf einen Wert einregelt, welcher zwischen dem Druck der Pumpe (20) und dem Druck in einem zu einem Tank führenden Kanal (16) liegt, in welchen eine Drossel eingebaut ist
7. 7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (15) ein elektrisches Proportionalventil ist, welches durch ein Signal gesteuert wird, welches ein die durchschnittliche Lage des Kolbens (4) feststellender Meßgeber liefert.
8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lage des Axiallagers regelnde Druckmediumsystem über eine Drossel (12) mit dem Schmiersystem des Kupplungsteiles des Schaftes (2) in Reihe geschaltet ist.
9. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Kolben (4) eine Anlagefläche für die Drehhülse bilden.
10. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie z. B. Hartmetall, Stellit, usw. bestehen. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-