CH673615A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, die einen Rahmen, eine am Rahmen angeordnete Schlageinrichtung und eine als Rotiermittel eines an der achsialen Verlängerung der Schlageinrich-io tung befindlichen Bohrereinsteckendes fungierende Rahmenhülse und ein am Rahmen angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von sich über das Bohrereinsteckende auf den Rahmen richtenden Axialkräften aufweist, welches Axiallager angeordnet ist, sich zum Zustandebringen einer Federung 15 unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druckmediums in der Achsenrichtung zu bewegen.

Bei den zur Zeit verwendeten hydraulischen Schlagbohrmaschinen ist die am Rahmen angeordnete Schlageinrichtung beabsichtigt, nacheinanderfolgende, achsiale Schläge 20 auf das Bohrereinsteckende zu richten, das beabsichtigt ist, an einer Bohrstange befestigt zu werden. Das Bohrereinsteckende ist z.B. mittels der Rahmenhülse drehbar und ach-sial gleitend am Rahmen gelagert, welche Hülse im Eingriff mit einem vom Rahmen getragenen Rotiermechanismus 25 ist. Der Rahmen ist dagegen auf einen Vorschubschlitten gestützt und daran befestigt, auf welchem Schlitten die Bohrmaschine entlang einem Vorschubbalken der Bohrausrüstung bewegt wird.

Beim Bohren eines Felsen wird ein Schlagimpuls vom 30 Felsen in die Bohrmaschine zurückgeworfen, welcher Impuls eine Kraft veranlasst, die in irgendeiner Weise in der Bohrmaschine aufgenommen werden soll. Zur Aufnahme dieser Kraft sind an Bohrmaschinen verschiedene federnde Axiallagerlösungen entwickelt worden, deren Absicht also ist, die 35 Bohrmaschine vor zurückgeworfenen, schlagartigen Spannungsimpulsen zu schützen. Als Beispiele für bekannte federnde Axiallagerlösungen können die Lösungen der finnischen Patentschrift 58 816, der deutschen Auslegeschrift 2 738 956, der schwedischen Auslegeschrift 440 873 und der 40 deutschen Offenlegungsschrift 2 610 619 erwähnt werden.

Die Schwäche der obenerwähnten, bekannten, federnden Axiallager ist u.a. ihre Kompliziertheit und die Anzahl von erforderlichen Abdichtungen sowie das Fehlen der Möglichkeiten zur Regelung der Federung, d.h. die Steife der be-45 kannten Axiallager ist konstant. Weitere Nachteile sind die Verzögerung des Federungsphänomens und seine Abhängigkeit von der auf die Bohrmaschine zu richtenden Vorschubkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord-50 nung für ein Axillager einer Bohrmaschine zu schaffen, mittels deren die bei diesem bekannten Stand der Technik vorkommenden Nachteile eliminiert werden können. Dies wurde mittels der erfindungsgemässen Anordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druck und der Volu-55 menstrom des Druckmediums des Axiallagers so geregelt werden können, dass die Lage des Axiallagers sich in einer normalen Betriebssituation der Bohrmaschine zwischen den Endlagen des Axiallagers befindet.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist, dass 60 das Axiallager so geregelt werden kann, dass ein unverzöger-tes Reagieren auf einen sich auf das Bohrereinsteckende richtenden Rückwurfimpuls möglich wird. Ein Vorteil ist auch, dass die Federung des Axiallagers so ausgeführt werden kann, dass ein Verändern eines sich auf das Bohrereinsteck-65 ende richtenden pressenden Rückwurfs in einen die Ausrüstung beanspruchenden Zugrückwurf verhindert wird, wobei die Beanspruchungen der Bohrmaschine sich im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik erheblich vermindern.

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Die erfindungsgemässe Konstruktion ist einfach, denn z.B. keine Abdichtungen sind vorhanden. Wegen der einfachen Konstruktion werden die Herstellungs- und Wartungskosten im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik vorteilhaft.

Im folgenden wird die Erfindung mittels einiger, in der beigefügten Zeichnung angeführten, vorteilhaften Ausführungsbeispiele genauer beschrieben, wobei

Figur 1 eine prinzipielle Seitenansicht einer Bohrmaschine zeigt, die mit einer erfindungsgemässen Axiallageranordnung versehen ist,

Figur 2 einen Schnitt gemäss den Pfeilen II-II 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 Ausführungsform der Erfindung versehen ist,

Figur 7 einen Schnitt gemäss den Pfeilen VII-VII der Figur 6 zeigt und

Figur 8 eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung der Figur 7 zeigt.

Im Beispiel der Figur 1 bewegt sich ein Hubkolben 1 in einem Rahmen 6, der in einer an sich bekannten Weise aus mehreren Teilen besteht. Ein Bohrereinsteckende 2 ist als ein achsial beweglicher und rotierender Teil auf den Rahmen gestützt. Seine rotierende Bewegung erhält das Bohrereinsteckende 2 mittels einer Zahnradübertragung au seinem separaten hydraulischen Motor. Der hydraulische Motor und die Zahnradübertragung sind in den Figuren nicht gezeigt. Die Peripherie einer Rahmenhülse 3 ist mit einer Verzahnung versehen, die mit dem obigen Zahnrad zusammenpasst. An der Innenfläche der Rahmenhülse 3 sind Klauenzähne angeordnet, die hinsichtlich der Klauenverzahnung des Bohrereinsteckendes achsial beweglich sind. Die beiden Enden der obenerwähnten Rahmenhülse 3 sind an ihrer Peripherie in der Radialrichtung an dem Rahmen 6 gelagert. Das Bohrereinsteckende 2 ist an seinem vorderen Ende am Rahmen 6 und an seinem hinteren Ende an der Rahmenhülse 3 mittels eines Lagers 8 achsial gelagert.

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in der Vorschubrichtung beobachtet wird. Dieses Kanalsystem 7 besteht aus einem ringförmigen Kanal 7a und aus Kanälen 7b, die aus jenem Kanal in die Gehäuse leiten, und aus einem Eingangs- und Ausgangskanal 7c, 7d. Im Beispiel 5 der Figur 1 ist im Ausgangskanal 7d eine Drossel 12 angebracht, wodurch eine auf den Kopplungsteil des Bohrereinsteckendes zu leitende Schmiermittelströmung geregelt wird. An den Eingangskanal 7c sind später zu beschreibende hydraulische Komponenten angeschlossen, wodurch die Strö-0 mung und der Druck des Druckmediums im Kanalsystem 7 des Axiallagers geregelt wird.

Eine Vorwärtsbewegung der Kolben 4 des Axiallagers wird durch einen am Rahme 6 befindlichen Ring 5 begrenzt, dessen Innenumfang kleiner ist als der Umfang einer um die 15 Aussenkanten der Kolben 4 gezeichneten Hüllkurve. Eine Rückwärtsbewegung jedes Kolbens 4 wird durch den Boden des betreffenden Gehäuses begrenzt. Die Rahmenhülse 3 ist an ihrem vorderen Ende am Rahmen 6 und an ihrem hinteren Ende an den Stirnflächen der Kolben 4 achsial gelagert. Weil die Kolben 4 ohne Abdichtungen an ihren Platz angeordnet sind, erfolgt ein Lecken von Druckflüssigkeit, wobei der Zugang der Druckflüssigkeit in den Hubraum durch eine Abdichtung 9 verhindert ist. Die Abdichtung 9 befindet sich am hinteren Ende des Bohrereinsteckendes am Rahmen 6. 25 Der Ausgang des als Druckflüssigkeit fungierenden Öls aus dem Vorderteil des Rahmens 6 heraus ist dagegen durch eine Abdichtung 11 verhindert. In der obigen Beschreibung bedeutet der Terminus «vorwärts» eine in der Vorschubrichtung der Bohrmaschine erfolgende Bewegung und der Ter-30 minus «rückwärts» entsprechend eine hinsichtlich der Vorschubrichtung umgekehrte Bewegung usw.

Die Konstruktion und Schmierung des Kopplungsteils der Rahmenhülse 3 und des Bohrereinsteckendes 2 können z.B. der Konstruktion der finnischen Patentschrift 66 459 35 ähnlich sein. Betreffend Schmierung kann in diesem Zusammenhang nur festgestellt werden, dass Luft vor die Abdichtung 9 in das hintere Ende des Bohrereinsteckendes 2 geleitet wird. Die Lufteinblasung wird mittels der Referenz IP in Figur 1 bezeichnet. Die Aufgabe dieser Luft ist, das Öl an 40 Schmierstellen der Lager zu befördern und Schwankungen bei der Strömung auszugleichen und eine Kavitation zu verhindern. Das Öl wird entlüftet, bevor es filtriert und in den Tank eingeführt wird.

Das in der Ausführungsform der Figur 1 verwendete

Das Obige besteht aus einer für einen Fachmann auf dem 45 Axiallager wird in grösserem Massstab in den Figuren 3-5

Gebiet an sich bekannten Technik, weshalb diese Details oder ihre Funktion in diesem Zusammenhang nicht genauer beschrieben werden.

Zur Aufnahme der vom Felsen auf die Bohrmaschine zurückgeworfenen Schlagimpulse ist am Rahmen 6 ein federndes, achsiales Drucklager angeordnet, das zum Schaffen der obenerwähnten Federung angeordnet ist, sich unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druckmediums in der Achsenrichtung zu bewegen. Erfindungsgemäss sind der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers angeordnet, so geregelt zu werden, dass die Lage des Axiallagers in einer normalen Betriebssituation zwischen den Endlagen des Axiallagers befindlich ist. Dieses Axiallager kann vorzugsweise aus mehreren Kolben 4 ausgeformt werden, die in axialen, mit einem Kanalsystem 7 mit einander verbundenen Gehäusen angeordnet sind, die in gleichen Abständen am Rahmen an dem das Bohrereinsteckende 2 umgebenden Umfang ausgeformt sind. Diese Konstruktion ist besonders deutlich aus Figur 2 ersichtlich.

Wie aus Figur 1 ersehen werden kann, ist das Kanalsystem 7 angeordnet, sich in die Böden der Gehäuse hinter den in den Gehäusen angebrachten Kolben zu öffnen. Bei diesem Terminus wird davon ausgegangen, dass die Bohrmaschine gezeigt. Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf diese Figuren beschrieben.

In Figur 3 ist der begrenzte Bewegungsbereich der Kolben 4 des Axiallagers mit einem Zeichen AX bezeichnet. 50 Unter dem Terminus «der begrenzte Bewegungsbereich» wird in diesem Zusammenhang der axiale Bewegungsbereich verstanden, wo der Kolben sich bewegen kann. Dieser Bewegungsbereich ist mittels des Rings 5 und des Gehäusebodens begrenzt, wie oben angeführt wurde. In Figur 3 ist der Kol-55 ben 4 am Gehäuseboden gemessen in einer Lage Y. Der in das Kanalsystem 7 zu leitende Druck richtet eine Kraft auf die Kolben 4, wobei jeder Kolben 4 sich gegen die Rahmenhülse 3 stützt, die sich ihrerseits gegen das Bohrereinsteckende 2 stützt. Diese Situation wird in Figur 3 gezeigt. 60 Ein Hub des Hubkolbens 1 auf das Ende des Bohrereinsteckendes 2 bringt ein stufenweises und schnelles Verschieben AZ des Bohrereinsteckendes zustande. Diese Situation wird in Figur 4 gezeigt.

Nach dieser Situation folgt die Rahmenhülse 3 von den 65 Kolben 4 verschoben schnell der Bewegung des Bohrereinsteckendes 2, so dass die Rahmenhülse wieder an dem Bohrereinsteckende 2 anliegt. Diese Situation wird in Figur 5 gezeigt.

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Nach dem von dem obenerwähnten Hubkolben 1 erzeugten Hub veranlasst der vom Felsen zurückgeworfene Spannungsimpuls eine schnelle stufenweise Verschiebung am Bohrereinsteckende 2, jedoch in umgekehrter Richtung im Vergleich zu obenangeführten. Beim zurückgeworfenen Impuls befindet sich die Rahmenhülse 3 jedoch in der Stellung der Figur 5, wobei die achsiale Bewegung des Bohrereinsteckendes 2 mittels der federnden Kolben 4 des Achsial-lagers aufgenommen wird. Weil die Kolben 4 und die Rahmenhülse den Bewegungen des Bohrereeinsteckendes nahezu ohne Verzögerung folgen, kann der sich auf das Bohrereinsteckende 2 richtende Rückwurfimpuls mittels der Kolben des Axiallagers aufgenommen werden, und zwar unabhängig von der Eingangsverzögerung des Rückwurfimpulses.

Wenn eine solche Situation entsteht, dass die Kolben 4 sich in ihre vordere Endlage verschoben haben, d.h. in eine Lage, wo Y= AX, so können die Kolben 4 der weiter erfolgenden Verschiebung des Bohrereinsteckendes nicht folgen. Dann würde das Bohrereinsteckende ungestützt sein, wobei

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klappenventils 13 auf einen erwünschten Wert ausgeführt. Die Geschwindigkeit der Kolben 4 wird durch einen Druckakkumulator 14 zustandegebracht, der das Kanalsystem 7 über das Rückschlagklappenventil 13 beaufschlagt.

In den Figuren 6-8 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei das Axiallager selbst dem Axiallager der Ausführungsform der Figur 1 gleich ist, aber die hydraulische Kupplung unterscheidet sich von der hydraulischen Kupplung der Figur 1.

Im Beispiel der Figuren 6-8 wird der durchschnittliche Druck des Kanalsystems 7 mittels des Ventils 15 geregelt. Das Ventil 15 kann dann beispielsweise mechanisch auf der Basis der Lage eines Kolbens 4 gesteuert werden. Eine Verwirklichungsweise für diese Steuerung wird in Figur 8 gezeigt.

Bei der Ausführung der Figur 8 ist das Druckbegrenzungsventil 15 aus einer mechanisch mit einem Kolben 4 verbundenen Spindel ausgeformt. Der Kolben 4 steuert dann direkt die Spindel 15, die ihrerseits den Druck eines mit dem der sich auf das Bohrereinsteckende richtende, zurückgewor- 20 Eingangskanal 7c des Axiallagers verbundenen Kanals A

fene Druckspannungsimpuls sich als Zugimpuls zurückwenden würde, der die Ausrüstung und ihre Fugen beansprucht. Die Rahmenhülse 3 erreicht das Bohrereinsteckende 2 und zwar von einer sich auf die Bohrmaschine richtenden Vorschubkraft verschoben. Dies erfolgt jedoch mit einer grossen Zeitverzögerung, während welcher Zeit die Kolben 4 des Axiallagers die sich auf das Bohrereinsteckende richtenden Rückwurfimpulse nicht abdämpfen können.

Andererseits kann festgestellt werden, dass die Federung dann ganz verhindert ist, wenn die Kolben 4 in ihren hintersten Endlagen sind, d.h. wenn Y=0.

Auf Grund des Obigen kann festgestellt werden, dass die Kolben sich beim Betrieb der Bohrmaschine zwischen diesen Endlagen befinden sollen, wobei eine in jeder Situation flexible Funktion gemäss den Figuren 3-5 zustandegebracht wird. Die Lage des Kolbens soll somit die folgende Bedingung erfüllen:

0 < Y < AX

Diese Bedingung bedeutet, dass der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers so geregelt werden, dass die Lage der Kolben sich in einer normalen Situation immer zwischen den erwähnten Endlagen befindet, wobei eine Bewegung der Dämpfungskolben 4 in allen normalen Betriebssituationen in den beiden Richtungen möglich ist.

In Figur 1 wird eine vorteilhafte hydraulische Kupplung

(Figur 8) entweder zu dem Druck P (Kanal 17) der Pumpe 20 oder zu einem gedrosselten Tankanschluss 16 (Figur 8) steuert, und zwar je nach der Lage des Kolbens 4. Wenn der Kolben 4 sich dem vordersten Begrenzer nähert, wird der 25 Druck des Kanalsystems 7 reduziert, und entsprechend, wenn der Kolben 4 sich seiner hinteren Endlage nähert, wird der Druck in diesem Kanalsystem 7 erhöht. In dieser Weise verbleibt die durchschnittliche Lage des Kolbens 4 zwischen den Endlagen.

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Die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind keineswegs beabsichtigt, die Erfindung zu beschränken, sondern die Erfindung kann in vielen verschiedenen Weisen im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Somit ist es 35 klar, dass die Erfindung oder ihre Teile nicht genau so sein brauchen, wie in den Figuren gezeigt, sondern auch andersartige Lösungen können verwendet werden. In der Ausführungsform der Figur 6 kann zur Steuerung des Ventils 15 auch ein Signal verwendet werden, das von einem Messgeber 40 erhalten wird, womit die durchschnittliche Lage eines Kolbens gemessen wird. Das Ventil 15 kann dann z.B. ein elektrisches Proportionalventil sein. Die Gehäuse zum Anbringen der Kolben können in jeder beliebigen geeigneten Weise hergestellt werden, und zwar z.B. dadurch, dass Zylinder 45 von geeigneter Grösse am Rahmen gebohrt werden. Entsprechend können die Kolben aus geraden Zylinderzapfen usw. ausgeformt werden. Das Axiallager braucht auch nicht unbedingt aus Kolben gemäss den Figuren ausgeformt sein, sondern auch andersartige Lösungen, z.B. ein von einem gezeigt, mittels deren die obenbeschriebene Funktion zustan- 50 niedrigen zylinderförmigen Stück gebildetes Lager usw., sind degebracht wird. Eine als Druckflüssigkeit verwendete hydraulische Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe 20 über ein Widerstands-Rückschlagklappenventil 13 durch einen Kanal 17 dem Eingangskanal 7a zugeführt. Die erwünschte Funktion wird dadurch zustandegebracht, dass ein geeignetes Druckniveau für das System mittels eines Druckbegrenzungsventils 15 geregelt wird. Die Regelung der Federung des Axiallagers wird mittels des Widerstands-Rückschlag-

möglich. Das zur Regelung des Axiallagers verwendete hydraulische System kann mit dem Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes in Reihe geschaltet sein, wie in den Figuren gezeigt wird, aber dies ist nicht die einzige 55 Möglichkeit, denn das Regelsystem des Axiallagers und das Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes können auch zu separaten, selbständigen Systemen gebildet werden, wenn es notwendig gefunden wird.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, die einen Rahmen, eine am Rahmen angeordnete Schlageinrichtung und eine als Rotiermittel eines an der achsialen Verlängerung der Schlageinrichtung befindlichen Bohrereinsteckendes fungierende Rahmenhülse und ein am Rahmen angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von sich über das Bohrereinsteckende auf den Rahmen richtenden Axialkräften aufweist, welches Axiallager angeordnet ist, sich zum Zustandebringen einer Federung unter dem Einfluss eines darauf einwirkenden Druckmediums in der Achsenrichtung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers so geregelt werden können, dass die Lage (Y) des Axiallagers sich in einer normalen Betriebssituation der Bohrmaschine zwischen den Endlagen (0, AX) des Axiallagers befindet.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager aus mehreren Kolben (4) gebildet ist, die in axialen, durch ein Kanalsystem (7) mit einander verbundenen Gehäusen angeordnet sind, die am Rahmen (6) an dem das Bohrereinsteckende (2) umgebenden Umfang ausgebildet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckniveau des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druckmediums mittels eines Druckbegrenzungsventils (15) auf ein erwünschtes Niveau geregelt werden kann, welches Ventil auf der Druckseite einer Druckmedium zuführenden Pumpe (20) so angeordnet ist, dass das Druckmedium über ein Widerstands-Rückschlagklappen-ventil (13) dem Kanalsystem (7) zugeführt werden kann,

dass die Federung des Axiallagers mittels des Widerstands-Rückschlagklappenventils (13) geregelt werden kann und dass eine Beaufschlagung des Druckmediums, die eine schnelle Bewegung der Kolben (4) zustandebringt, mittels eines über das Widerstands-Rückschlagklappenventil (13) mit dem Kanalsystem (7) verbundenen Druckakkumulators (14) erfolgen kann.

4. Anordnung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung des Kanalsystems (7) durch Regelung des durchschnittlichen Drucks des Kanalsystems mittels des Druckbegrenzungsventils (15) erfolgen kann, das auf der Druckseite der Druckmedium zuführenden Pumpe (20) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Druckbegrenzungsventils (15) auf der Basis der Lage eines Kolbens (4) erfolgen kann.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (15) aus einer mechanisch mit dem Kolben (4) verbundenen Spindel gebildet ist, die den Druck des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druckmediums zwischen dem Druck der Pumpe (20) und dem Druck eines gedrosselten Tankanschlusses (16) regeln kann, und zwar je nach der Lage des Kolbens (4).

7. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (15) ein elektrisches Proportionalventil ist, das mittels eines Signals eines die durchschnittliche Lage des Kolbens (4) messenden Messgebers geregelt werden kann.

8. Anordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lage des Axiallagers regelnde Druckmediumsystem über eine Drossel (12) mit dem Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes (2) in Reihe geschaltet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Kolben (4) als Lagerfläche der Rahmenhülse fungieren.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (4) aus einem verschleissbeständigen Material, wie z.B. aus Hartmetall oder Stellit, bestehen.

5 BESCHREIBUNG