CH649932A5

CH649932A5 - Vibratory drive, in particular for roller-bit tools

Info

Publication number: CH649932A5
Application number: CH7571/80A
Authority: CH
Inventors: Rolf Boeing; Werner Janssen; Klaus Schramm
Original assignee: Salzgitter Maschinen Ag
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1985-06-28
Also published as: DE2945228A1; ATA506280A; AT370207B

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsantrieb, insbesondere für Rollenbohrwerkzeuge, bestehend aus einem in Drehung versetzbaren Körper, welcher eine in ihrem Abstand von der Drehachse veränderbare Unwuchtmasse führt. The invention relates to a vibration drive, in particular for roller drilling tools, consisting of a body which can be set in rotation and which carries an unbalanced mass which can be changed in its distance from the axis of rotation.

In der DE-OS 2 159 351 wird ein Bohrgerät mit wenigstens einer mit einem im Inneren des Rollenkörpers angeordneten umlaufenden Unwuchtvibrator versehenen, wenigstens einseitig in einer Halterung drehbar gelagerten Rolle zum Abtragen von Gestein, insbesondere zum Bohren von Schächten, Stollen od.dgl. beschrieben, bei dem u.a. auch vorgesehen ist, die Drehzahl des Unwuchtvibrators zu verändern bzw. den Abstand der Unwuchtmasse des Unwuchtvibrators von der Achse der Rolle veränderbar zu machen. In DE-OS 2 159 351, a drilling device is provided with at least one rotating unbalance vibrator arranged in the interior of the roller body and rotatably mounted at least on one side in a holder for removing rock, in particular for drilling shafts, tunnels or the like. in which i.a. it is also provided to change the rotational speed of the unbalance vibrator or to make the distance of the unbalanced mass of the unbalance vibrator from the axis of the roller changeable.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, mit der es möglich ist, diese zum Stande der Technik erwähnte Verstellbarkeit in der Praxis durchzuführen. The object of the invention is to provide a solution with which it is possible to carry out this adjustability mentioned in the prior art in practice.

Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Grösse der auftretenden Unwucht stufenlos zu verstellen und zwar sowohl im positiven wie im negativen Sinne. In particular, the possibility is to be created to infinitely adjust the size of the imbalance that occurs, both in the positive and in the negative sense.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der bei der Drehung des Körpers an der Unwuchtmasse entstehenden Fliehkraft einstellbar die Wirkung eines Druckmittels entgegengesetzt ist. This object is achieved according to the invention in that the centrifugal force which arises when the body rotates on the unbalanced mass can be set to counter the effect of a pressure medium.

Bei einem solchen Vibrationsantrieb besteht die Möglichkeit, den kritischen Drehzahlbereich, d.h. die Eigenresonanz des Systems gezielt zu erreichen oder zu vermeiden. Ausserdem ist die Möglichkeit gegeben, den kritischen Drehzahlbereich bei voller Drehzahl des Antriebes, d.h. bei höchster Leistung des Vibrationsantriebes schnell zu durchfahren. With such a vibration drive, it is possible to change the critical speed range, i.e. To achieve or avoid the system's natural resonance in a targeted manner. There is also the possibility of changing the critical speed range at full speed of the drive, i.e. to drive through quickly with the highest performance of the vibration drive.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs-gemässen Vibrationsantriebes ist der Körper ein beidseitig geschlossener Zylinder, der um eine zur Zylinderachse im wesentlichen senkrechte Achse drehbar ist und in seinem Inneren als Unwuchtmasse einen frei verschiebbaren Kolben aufnimmt, der auf der von der Drehachse abgewendeten Kolbenfläche mit dem Druckmittel beaufschlagt ist, dessen Zu- und Abfluss steuerbar ist. In a preferred embodiment of the vibration drive according to the invention, the body is a cylinder that is closed on both sides, that can be rotated about an axis that is essentially perpendicular to the cylinder axis, and that inside it contains a freely displaceable piston as an unbalanced mass, which on the piston surface facing away from the axis of rotation with the Pressure medium is acted upon, the inflow and outflow of which can be controlled.

Es ist somit möglich, die Unwuchtmasse aus einer Ruhestellung durch entsprechendes Ablassen des Druckmittels immer weiter von der Drehachse zu entfernen und damit ihre Wirkung entsprechend zu vergrössern. It is thus possible to remove the unbalanced mass from a rest position by releasing the pressure medium from the axis of rotation and thus to increase its effect accordingly.

Vorzugsweise ist der Zylinder an seinem dem Druckmittel beaufschlagten Ende entgegengesetzten Ende mittels eines in seiner Eindringtiefe verstellbaren Deckels verschlossen. Mit dieser Massnahme erreicht man durch entsprechende Ausbildung des Deckels ein Gegengewicht zu dem als Unwuchtmasse dienenden Kolben, so dass bei in seiner innersten Stellung stehenden Kolben das System ausgeglichen ist. Die letzte Justierung kann dann durch entsprechend tiefes Einschrauben dieses Deckels vorgenommen werden. The cylinder is preferably closed at its end opposite the pressure medium by means of a cover which is adjustable in its penetration depth. With this measure, a counterweight to the piston serving as the unbalanced mass is achieved by appropriate design of the cover, so that the system is balanced when the piston is in its innermost position. The last adjustment can then be made by screwing this cover in deeply.

Die Kanäle für die Führung des Druckmittels verlaufen zweckmässig im Zylindermantel und sind über eine Dreh-durchführung an eine verstellbare Druckmittelversorgung angeschlossen. The channels for guiding the pressure medium expediently run in the cylinder jacket and are connected to an adjustable pressure medium supply via a rotary feedthrough.

Man kann in Abänderung dieses Prinzips, jedoch völlig im Rahmen der Erfindung die Unwuchtmasse auch am Ende einer Kolbenstange anbringen, deren Kolben in einem Zylinder verschiebbar ist, welcher ausmittig zur Drehachse sitzt und auf der der Drehachse benachbarten Kolbenfläche mit Druckmittel beaufschlagt ist. Hier ist also der Kolben lediglich noch ein Steuerorgan, das jedoch durch seine Verbindung mit der Unwuchtmasse in der Lage ist, den gleichen Effekt wie bei der ersten Ausführungsform zu erzielen. In a modification of this principle, but completely within the scope of the invention, the unbalanced mass can also be attached to the end of a piston rod, the piston of which can be displaced in a cylinder which is located eccentrically to the axis of rotation and on which piston surface adjacent to the axis of rotation is pressurized. Here, the piston is merely a control element, which, however, due to its connection to the unbalanced mass, is able to achieve the same effect as in the first embodiment.

In weiterer Ausbildung dieser Ausführungsform gemäss der Erfindung ist die am Ende der Kolbenstange sitzende Unwuchtmasse als Rollkörper ausgebildet, der bei Erreichen des grössten Abstandes von der Drehachse auf der Innenwand eines zylindrischen Gehäuses abrollt. Auch hier dient der Kolben nur als Steuerorgan. In a further embodiment of this embodiment according to the invention, the unbalanced mass sitting at the end of the piston rod is designed as a rolling body which rolls on the inner wall of a cylindrical housing when the greatest distance from the axis of rotation is reached. Here, too, the piston only serves as a control element.

Die Zeichnung zeigt in The drawing shows in

Fig. 1, einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform des Vibrationsantriebes nach der Erfindung; Figure 1, a partial section through an embodiment of the vibration drive according to the invention.

Fig. 2, einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 2, a section along the line II-II of Fig. 1;

Fig. 3, einen Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform; Fig. 3, a partial section through a modified embodiment;

Fig. 4, eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 3. 4, a modification of the embodiment of FIG. 3rd

In den Lagern 1 ist drehbar ein Körper 2 gelagert, der beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ein Zylinder 3 ist, dessen Achse Z-Z senkrecht zur Drehachse D-D verläuft. Der Zylinder 3 ist an einem Ende durch einen Deckel 4 verschlossen, dessen Eindringtiefe durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben des Deckels ins Innere des Zylinders verstellt werden kann. Im Zylinder 3 ist der Kolben 5 fliegend gelagert, der bei ruhendem Zylinder, wie strichpunktiert angedeutet, auf der Innenfläche 6 des Deckels 4 aufruht. Die vom Deckel 4 abgewendete Seite des Kolbens 5 ist mit dem Druckmittel beaufschlagt, das durch die Leitung 7 zugeführt wird, wie auch der Schnitt nach Fig. 2 erkennen lässt. Durch entsprechendes Einschrauben des Deckels 4 in dem Zylinder 3 kann das System so eingestellt werden, dass es im Ruhezustand ausgewuchtet ist. In the bearings 1, a body 2 is rotatably mounted, which in the embodiment shown is a cylinder 3, the axis Z-Z of which is perpendicular to the axis of rotation D-D. The cylinder 3 is closed at one end by a cover 4, the penetration depth of which can be adjusted by screwing the cover more or less deeply into the interior of the cylinder. The piston 5 is overhung in the cylinder 3 and, when the cylinder is at rest, as indicated by dash-dotted lines, rests on the inner surface 6 of the cover 4. The side of the piston 5 facing away from the cover 4 is acted upon by the pressure medium which is supplied through the line 7, as can also be seen from the section according to FIG. 2. By screwing the cover 4 into the cylinder 3, the system can be adjusted so that it is balanced in the idle state.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

649 932 649 932

Auf dem Deckel 4 befindet sich eine Kolbenwegbegrenzung 8. Eine Kolbenwegbegrenzung 9 ist ferner auf dem Kolben 5 auf der von der Drehachse D-D abgewandten Seite vorhanden. Schliesslich ist der Kolben 5 durch einen Kolbenring 10 im Inneren des Zylinders 3 abgedichtet. A piston travel limiter 8 is located on the cover 4. A piston travel limiter 9 is also present on the piston 5 on the side facing away from the axis of rotation D-D. Finally, the piston 5 is sealed by a piston ring 10 in the interior of the cylinder 3.

Die Leitung 7 ist über ein elastisches Element 11 an eine Drehdurchführung 12 angeschlossen und schützt diese Drehdurchführung 12 gegen die auftretenden Schwingungen. The line 7 is connected via an elastic element 11 to a rotating union 12 and protects this rotating union 12 against the vibrations that occur.

Bei 13 ist ein Dreiwegventil angedeutet, über das der Druckmittelzufluss zum Zylinder 3 gesteuert wird. Das Druckmittel kommt aus einem Druckmittelvorrat 14, gefördert von einer Pumpe 15 und gesteuert über einen Umschalter 16. A three-way valve is indicated at 13, by means of which the pressure medium flow to the cylinder 3 is controlled. The pressure medium comes from a pressure medium supply 14, conveyed by a pump 15 and controlled by a changeover switch 16.

Beim Anlaufen des Körpers 2 beginnt sich der Zylinder 3 um die Drehachse D-D zu drehen. Der Kolben 5 kann sich aber unter der Wirkung der Zentrifugalkraft noch nicht nach aussen bewegen und zur Unwucht werden, weil auf seiner von der Drehachse D-D abgewendeten Kolbenfläche das Druckmittel voll wirksam ist. Erst wenn das Druckmittel sukzessive abgelassen wird, bewegt sich der Kolben 5 nach aussen und erhöht damit seine Wirkung als Unwucht. Dabei ist es möglich, jede Phase der durch die Unwucht erzeugten Schwingungen gezielt zu durchfahren und an der gewünschten Stelle den Kolben zum Stillstand zu bringen. Es ist auch möglich, durch starke Beaufschlagung des Kolbens mit Druckmittel den Kolben wieder in seine Ausgangsstellung in die Anlage auf dem Deckel zurückzubringen und damit die Schwingungen vom Vibrationsantrieb wegzunehmen. When the body 2 starts up, the cylinder 3 begins to rotate about the axis of rotation D-D. However, the piston 5 cannot yet move outwards under the action of the centrifugal force and become unbalanced because the pressure medium is fully effective on its piston surface facing away from the axis of rotation D-D. Only when the pressure medium is successively released does the piston 5 move outwards and thus increase its effect as an unbalance. It is possible to drive through each phase of the vibrations generated by the unbalance and to bring the piston to a stop at the desired point. It is also possible to return the piston to its initial position in the system on the cover by strongly applying pressure medium to the piston and thus to remove the vibrations from the vibration drive.

Erkennbar ist das System stufenlos regelbar. The system can be seen to be infinitely variable.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Zylinder 23 exzentrisch zur Drehachse D gelagert und nimmt in seinem Inneren einen Kolben 25 auf, der auf der der Drehachse D benachbarten Seite eine Kolbenstange 26 trägt, die mit einer Unwuchtmasse 27 verbunden ist. Die der Unwuchtmasse zugewandte Kolbenoberfläche ist mit dem Druckmittel beaufschlagt, so dass die Unwuchtmasse 27 gegen die Wirkung des Druckmittels ausgefahren oder eingefahren werden kann. Der eingefahrene Zustand ist strichpunktiert angedeutet. In the embodiment according to FIG. 3, the cylinder 23 is mounted eccentrically to the axis of rotation D and accommodates in its interior a piston 25 which carries a piston rod 26 on the side adjacent to the axis of rotation D, which is connected to an unbalanced mass 27. The piston surface facing the unbalanced mass is acted upon by the pressure medium, so that the unbalanced mass 27 can be extended or retracted against the action of the pressure medium. The retracted state is indicated by dash-dotted lines.

Die ganze Anordnung ist in einem Gehäuse 28 untergebracht, das beispielsweise auch ein Rollenmeisselkörper sein kann. The entire arrangement is accommodated in a housing 28, which can also be a roller chisel body, for example.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 lediglich dadurch, dass am Ende der Kolbenstange 36 des Kolbens 35, der im Zylinder 33 hin-und herbewegbar ist, eine Rolle 37 sitzt, die in voll ausgefahrenem Zustand auf der Innenoberfläche des Gehäuses 38 abrollt. The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 only in that at the end of the piston rod 36 of the piston 35, which can be moved back and forth in the cylinder 33, a roller 37 is seated, which is in the fully extended state on the inner surface of the housing 38 rolls.

Bei den beiden Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 dient der Kolben lediglich als Steuerelement zum mehr oder weniger weiten Ausfahren der Unwuchtmasse 27 bzw. 37. Die Steuerung erfolgt auch bei diesen Ausführungsformen ähnlich wie bei der Ausführungsform nach'Fig. 1. In the two embodiments according to FIGS. 3 and 4, the piston merely serves as a control element for extending the unbalanced mass 27 or 37 to a greater or lesser extent. The control is also carried out in these embodiments in a manner similar to the embodiment according to FIG. 1.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

S S

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

649 932

1. Vibration drive, in particular for roller drilling tools, consisting of a body which can be set in rotation and which carries an unbalanced mass which can be changed in its distance from the axis of rotation, characterized in that the rotation of the body (2) on the unbalanced mass (5 or 27 or 37) resulting centrifugal force is adjustable, the effect of a pressure medium is opposite.

2. Vibration drive according to claim 1, characterized in that the body (2) is a cylinder (3) which is closed on both sides and which can be rotated about an axis (DD) which is substantially perpendicular to the cylinder axis (ZZ) and in its interior as an unbalanced mass displaceable piston (5) which is acted upon by the pressure medium on the piston surface facing away from the axis of rotation (DD), the inflow and outflow of which can be controlled.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Vibration drive according to claim 2, characterized in that the cylinder (3) is closed at its end opposite the pressure medium end by means of a cover (4) which is adjustable in its penetration depth.

4. Vibration drive according to claim 1, characterized in that the unbalanced mass (27, 37) sits at the end of a piston rod (26, 36), the piston (25, 35) of which is displaceable in a cylinder (23, 33) which is off-center The axis of rotation (D) is seated and the pressure medium is applied to the piston surface adjacent to the axis of rotation.

5. Vibration drive according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (7) for guiding the pressure medium run in the cylinder jacket and are connected via a rotary leadthrough (12) to an adjustable pressure medium supply.

6. Vibration drive according to claim 4 or 5, characterized in that the unbalanced mass sitting at the end of the piston rod (36) is designed as a rolling body (37) which, when the greatest distance from the axis of rotation (D) is reached, on the inner wall of a cylindrical housing ( 38) rolls.