DE10202747A1 - Bohrmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrmaschine mit einer drehbar in einem Maschinengehäuse gelagerten Arbeitsspindel (6), deren freies Spindelende ein Bohrwerkzeug, insbesondere eine Diamantbohrkrone, rotierend antreibt. Der Arbeitsspindel (6) ist ein Nockenhubwerk zur Erzeugung von auf das Werkzeug, insbesondere einer Diamantbohrkrone wirkenden axialen Impulsen zugeordnet, welche eine drehfest mit der Arbeitsspindel (6) verbundene Hubscheibe (10) sowie einen mit dieser zusammenwirkenden Ringkörper (9') aufweist. Der Ringkörper (9') ist nicht von der Arbeitsspindel (6) antreibbar, wodurch sich eine relative Drehbewegung zwischen der Hubscheibe (10) und dem Ringkörper (9') ergibt. DOLLAR A Um insbesondere beim Arbeiten mit Diamantwerkzeugen bei möglichst geringem Hubweg des Werkzeugs eine Erwärmung des Werkzeugs gering zu halten, ist die Nockenkontur (11) wellenförmig ausgebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Bohrmaschine mit einer drehbar in einem Maschinengehäuse gelagerten Arbeitsspindel, deren freies Spindelende ein Bohrwerkzeug, insbesondere eine Diamantbohrkrone, rotierend antreibt, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
• Es ist bekannt, daß zur Erzeugung von auf das Werkzeug wirkenden axialen Impulsen der Arbeitsspindel zur Erhöhung der Bohrleistung an der Arbeitsspindel ein Nockenhubwerk angeordnet werden kann, welches eine drehfest mit der Arbeitsspindel verbundene Hubscheibe mit einer aus mindestens einem axial hervorstehenden Hubnocken bestehenden Nockenkontur und wenigstens einen an der Nockenkontur liegenden Körper aufweist. Der Körper ist dabei derartig ausgebildet und wird nicht von der Arbeitsspindel antreibbar angeordnet, daß sich bei drehender Arbeitsspindel eine relative Drehbewegung zwischen der Hubscheibe und dem Körper ergibt und dieser axial von den Hubnocken bewegt wird.
• Aus der DE 198 21 554 A1 ist ein Nockenschlagwerk für eine Schlagbohrmaschine bekannt, bei der zwei aufeinandergleitende Nockenscheiben aufeinander gleiten, wobei eine erste Nockenscheibe mit der Arbeitsspindel zusammenwirkt und die zweite Nockenscheibe drehfest angeordnet ist und entgegen der Bohrrichtung gegen die Kraft einer Spiralfeder versetzbar ist. Die Spiralfeder stützt sich in Axialrichtung der Spindel an dem Gehäuse ab, so daß entsprechend der Relativverschiebung der beiden Nockenscheiben in Abhängigkeit der Relativstellung der Nockenkonturen beider Scheiben eine alternierende Axialbewegung der Nockenscheibe mit Wirkung auf die Arbeitsspindel und damit das Bohrwerkzeug ergibt. Die Nocken beider Scheiben sind dabei mit stetig ansteigenden Gleitrampen ausgestattet, welche in entgegengesetzten Umfangsrichtungen der Scheiben abfallend ausgebildet sind und aufeinander gleiten. Nach dem Erreichen des größten Axialversatzes rastet der jeweilige Nocken in den Zwischenraum zum nächsten Nocken der jeweils anderen Nockenscheibe ein und die versetzte Nockenscheibe wird unter Wirkung der Spiralfeder zurückgestellt. Die rampenförmigen Nocken ergeben einen großen Axialversatz und damit entsprechend harte Schläge auf das Bohrwerkzeug, was sich bei der bekannten Anordnung im Betrieb von Schlagbohrmaschinen günstig auswirken kann.
• In vielen Anwendungsfällen ist jedoch die Beaufschlagung des Werkzeuges mit starken axialen Impulsen zur Unterstützung des Bohrvorganges ungünstig. Bei empfindlichen Trockenbohrkronen für die Diamantbohrtechnik ist zum Schutz des Werkzeuges beispielsweise jeder Axialhub, der zu harten Schlägen auf die Krone führt, ungünstig. Eine Verwendung der von der Schlagbohrmaschine bekannten Spindelratsche mit verzahnter Nockenkontur und aufeinandergleitenden Nockenrampen würde zur Zerstörung der Diamantbohrkrone führen und ist daher nicht verwendbar. In der Diamantbohrtechnik ist mit Trockenbohrkronen daher die Bohrleistung ausschließlich durch die Rotation des Diamantbohrwerkzeuges erreicht. Diese Arbeitsweise führt aber dazu, daß der Bohrstaub nicht oder nur unzureichend aus der Bohrung entfernt wird und damit die Reibung an der Diamantbohrkrone ansteigt. Dies wiederum führt zu einem erheblichen Temperaturanstieg und zu einer aufgrund heißer Diamantsegmente reduzierten Bohrleistung.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrmaschine derart auszubilden, daß insbesondere beim Arbeiten mit Diamantwerkzeugen eine möglichst geringe Erwärmung des Werkzeuges, beispielsweise einer Bohrkrone, auftritt.
• Diese Aufgabe wird durch eine Bohrmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Nockenkontur der Hubscheibe des Nockenhubwerks wellenförmig auszubilden, wodurch die Axialbewegung des an der Kontur anliegenden Ringkörpers harmonisch erfolgt und auf diese Weise harte Schläge in der Arbeitsspindel vermieden werden. Dabei kann der Axialhub relativ gering ausgewählt werden, um bei deutlich verbesserter Bohrleistung des Diamantwerkzeugs dieses vor Überhitzung zu schützen. Durch das Gleiten auf der wellenförmigen Kontur entsteht eine sanfte Axialbewegung, die dafür sorgt, daß Bohrstaub aus der Bohrung entfernt und auf diese Weise eine nennenswerte Erwärmung vermieden wird.
• Vorteilhaft sind mehrere Hubnocken in Umfangsrichtung der Hubscheibe hintereinander angeordnet, wodurch bei geringem Axialhub mit niedriger Frequenz eine Vielzahl wirksamer Impulse in die Bohrkrone übertragen werden. Die Hubbewegung in dem Ringkörper wird durch die Wellenkontur regelmäßig und eindeutig erzeugt, jedoch werden starke und harte Hubbewegungen vermieden, wie sie bei bekannten verzahnten Spindelratschen von Schlagbohrmaschinen vorkommen. Die Anzahl der Hubnocken sollte maximal zehn betragen, kann jedoch insbesondere geringer sein, um die sichere und harmonische Hubbewegung auch bei höheren Spindeldrehzahlen zu gewährleisten. Zweckmäßigerweise werden die Hubscheiben bezüglich ihrer Nockenzahl so bestimmt, daß diese ungleich der Anzahl der Diamantsegmente an den Bohrkronen ist. Hierbei wird vorzugsweise auch berücksichtigt, daß bei einer geraden Anzahl von Diamantsegmenten, beispielsweise vier oder sechs die Anzahl der Hubnocken ungerade ist, also zum Beispiel drei, fünf, sieben oder neun. Vorzugsweise ist die Nockenkontur um den gesamten Umfang der Hubscheibe nach Art einer Sinuswelle geformt, so daß die axialen Hubbewegungen in der Arbeitsspindel besonders gleichmäßig sind.
• Die Hubscheibe kann beidseitig mit einer Nockenkontur versehen sein, an denen jeweils Ringkörper anliegen, wodurch bei geringem Axialhub und damit werkzeugschonend harmonische Hubbewegungen in der Arbeitsspindel erzeugbar sind. Dabei kann einer der Ringkörper axial fest angeordnet sein. Eine Dämpfung der axialen Hubbewegungen könnte erreicht werden, indem der Ringkörper gegen die Rückstellkraft einer Federanordnung bewegbar ist. Vorzugsweise sind die Ringkörper derart gestaltet, daß sie jeweils mehrere Wälzkörper pro Nockenkontur umfassen, welche in Drehrichtung der Hubscheibe abrollen. Die Wälzkörper sind dabei in einem Wälzkörperkäfig aufgenommen, der Bestandteil des Ringkörpers ist und mit Lagerscheiben axial abgestützt sein kann.
• In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ringkörper scheibenförmig ausgebildet und weist eine an der Nockenkontur der Hubscheibe anliegende zumindest ähnliche, vorzugsweise aber komplementäre Nockenkontur auf, die gleichartig wellenförmig ist. Vorzugsweise sind dabei die Hubscheibe und der Ringkörper gleiche Bauteile. Der Hubweg des Ringkörpers kann durch einen Anschlag begrenzt sein, wobei sich in dem verbleibenden Bauraum die Rüttelbewegung abspielt.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Hubscheibe mit der Arbeitsspindel einstückig ausgeführt sein. Außerdem ist es möglich, den Ringkörper aus verschleißfesten Einzelsegmenten zu bilden, die in das Gehäuse integriert sind.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 Eine Ansicht einer Bohrmaschine,
• Fig. 2 Eine Seitenansicht einer Arbeitsspindel mit einem erfindungsgemäßen Nockenhubwerk in einer ersten Ausgestaltung,
• Fig. 3 Eine Explosionsdarstellung der Arbeitsspindel gemäß Fig. 2,
• Fig. 4 Eine Arbeitsspindel mit einem erfindungsgemäßen Nockenhubwerk mit beidseitig konturierter Hubscheibe,
• Fig. 5 Eine Explosionsdarstellung der Arbeitsspindel gemäß Fig. 4,
• Fig. 6 Eine Arbeitsspindel mit einem erfindungsgemäßen Nockenhubwerk mit beidseitig konturierter Hubscheibe in einer alternativen Ausgestaltung,
• Fig. 7 Eine Explosionsdarstellung einer Arbeitsspindel mit erfindungsgemäßem Nockenhubwerk mit zwei einseitig konturierten Scheiben,
• Fig. 8 Einen Längsschnitt einer in einem Gehäuseteil aufgenommenen Arbeitsspindel gemäß Fig. 7,
• Fig. 9 Einen vergrößerten Ausschnitt des Nockenhubwerks.
• Die in Fig. 1 gezeigte Bohrmaschine 1 besitzt ein Maschinengehäuse 2, in dessen Inneren eine Arbeitsspindel um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist, welche an ihrem aus dem Maschinengehäuse 2 austretenden Ende ein Rotationswerkzeug 4 rotierend antreibt. In dem Gehäuse ist des weiteren ein Antriebsmotor angeordnet, welcher über Getriebe die Antriebsspindel antreibt. Das Bohrwerkzeug 4 kann eine Trockenbohrkrone sein, wie sie in der Diamantbohrtechnik Verwendung findet. Das Werkzeug 4 wird durch einen am hinteren Ende des Maschinengehäuses 2 ausgebildeten Handgriff 5 geführt.
• Fig. 2 zeigt eine Antriebsspindel wie sie im Inneren des Maschinengehäuses 2 (Fig. 1) zu der Bohrmaschine 1 gelagert ist und mit ihrem freien Ende 8 zur Übertragung des Antriebs-Drehmomentes verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende der Antriebsspindel ist ein Antriebsrad 7 drehfest angeordnet, durch welches die Antriebsleistung in die Arbeitsspindel 6übertragen wird. Die Arbeitsspindel 6 ist durch Kugellager 15 im Maschinengehäuse drehbar gelagert. Zur Erzeugung von axialen Impulsen in der Arbeitsspindel mit Wirkung auf das am freien Spindelende 8 befindliche Werkzeug ist der Arbeitsspindel 6 ein Nockenhubwerk 24 zugeordnet. Das Nockenhubwerk 24 weist eine Hubscheibe 10 auf, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer Seite mit einer Nockenkontur 11 versehen ist. Die einzelnen Hubnocken 13 der Nockenkontur 11 sind jeweils wellenförmig nach Art einer Sinuswelle ausgebildet, vgl. die Explosionsdarstellung der Fig. 3.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 besteht die Nockenkontur aus acht in Umfangsrichtung der Hubscheibe 10 hintereinanderliegenden Wellenformnocken 13, von denen im Betrieb der Bohrmaschine der benachbart anliegende Ringkörper 9 beaufschlagt wird. Der Ringkörper 9 ist derart ausgeführt, daß er mehrere Wälzkörper 18 umfaßt, die in einem Wälzkörperkäfig 19 gehalten sind und die auf der Nockenkontur 11 der Hubscheibe 10 abwälzen. Die Hubscheibe 10 ist drehfest mit der Arbeitsspindel 6 verbunden, während der Ringkörper 9 nicht von der Arbeitsspindel 6 angetrieben wird, so daß sich eine Relativbewegung zwischen der Hubscheibe 10 und dem Ringkörper 9 ergibt. Der Wälzkörperkäfig 19 des Ringkörpers wird mit einer Haltebuchse 16 auf der Antriebsspindel radial gehalten und mit einer Lagerscheibe 14 gesichert durch einen Sicherungsring 17 festgelegt. Zwischen dem Kugellager 15 der Arbeitsspindel 6 und der Hubscheibe 10 mit Nockenkontur 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein aus zwei Tellerfedern 12 bestehendes Federpaket angeordnet, die jeweils auf Lagerscheiben 14 aufliegen und das Nockenhubwerk 24 spielfrei vorspannen. Zwischen der innenliegenden Lagerscheibe 14 und der Hubscheibe 10 ist ein zweiter Ringkörper 9, bestehend aus einem Wälzkörperkäfig 19 mit darin aufgenommenen Wälzkörpern 18, angeordnet. Die Hubscheibe 10 ist in dieser Ausführung einseitig mit einer wellenförmigen Nockenkontur 11 versehen.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nockenhubwerkes mit wellenförmiger Nockenkontur der Hubscheibe, bei der die Hubscheibe beidseitig konturiert ist, ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Der Einfachheit halber sind für jeweils gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in den zuvor beschriebenen Zeichnungsfiguren verwendet. Auf der wellenförmigen Nockenkontur 11 der Hubscheibe 10 liegen jeweils vier Wälzkörper 18 an, die jeweils als Teil des Ringkörpers 9 auf beiden Seiten der konturierten Hubscheibe 10 in einem Wälzlagerkäfig 19 aufgenommen sind. Die Wälzlagerkäfige 19 sind nicht drehfest mit der Arbeitsspindel 6 verbunden, welche die Hubscheibe 10 formschlüssig mitnimmt, so daß eine Relativdrehung zwischen Hubscheibe 10 und den Lagerkäfigen 19 entsteht, welche eine Abrollbewegung der Wälzkörper 18 in Drehrichtung der Arbeitsspindel hervorruft.
• Die zum Beispiel zylindrisch oder tonnenförmig gestalteten Wälzkörper 18 sind in axialen Aussparungen in den scheibenförmigen Lagerkäfigen 19 aufgenommen, an denen jeweils auf der der Hubscheibe 10 gegenüberliegenden Seiten durch das jeweils anliegende Bauteil eine Abrollfläche zur Verfügung gestellt ist. Als Abrollfläche für die Wälzkörper ist auf der innenliegenden, dem Kugellager 15 der Arbeitsspindel 6 zugewandten Seite eine Lagerscheibe 14 vorgesehen, während die Wälzkörperscheibe 19 des außenliegenden Ringkörpers 9 durch eine Gehäusemutter 20 gesichert ist. Die Wälzkörperkäfige 19 sind miteinander durch Schrauben oder ähnliches axial und drehfest verbunden und schließen miteinander die Hubscheibe 10 ein. Die außenliegende Gehäusemutter 20 bildet den Abschluß des Nockenhubwerkes. Die Hubscheibe 10 wird durch eine Haltemutter 21 auf der Arbeitsspindel axial gehalten.
• Fig. 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Nockenhubwerkes mit einer Hubscheibe mit beidseitig ausgebildeter Wellenkontur. Die Hubscheibe 10 ist drehfest mit der Arbeitsspindel 6 verbunden und zwischen Ringkörpern 9 eingeschlossen, die selbst nicht von der Arbeitsspindel 6 angetrieben werden. Die Ringkörper 9 umfassen mehrere auf der Nockenkontur abrollende Wälzkörper 18, die in Wälzlagerkäfigen 19 aufgenommen sind, wobei der außenliegende Ringkörper 9 mittels einer Buchse 16 auf der Antriebswelle 6 gehalten ist und mit einem Sicherungsring 17 festliegt. Das Paket aus Hubscheibe 10 mit beidseitig an der Nockenkontur jeweils anliegenden Ringkörpern 9 wird mit der Lagerscheibe 14' des Nockenhubwerkes axial gegen eine weitere am Spindellager 15 anliegende Lagerscheibe 14 gehalten. Die Wälzkörper sind wie auch aus der Detaildarstellung Z erkennbar, im Rahmen der Nockenhöhe axial bewegbar, wobei die Nockenhöhe h der Amplitude der wellenförmigen Kontur entspricht.
• Die Wälzkörper können je nach Anforderung und/oder Einbaubedingungen entsprechend gestaltet sein, wobei z. B. Kugeln, Walzen oder Nadeln in Betracht zu ziehen sind.
• Fig. 7 bis 9 zeigen ein besonders einfach gestaltetes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Hubbewegung durch zwei Scheiben erzeugt wird, die mit ihren jeweils wellenförmig konturierten Seiten aneinanderliegen. Von diesen Scheiben bildet dabei eine den Ringkörper 9', während die andere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die dem Spindellager 15 zugewandt liegende als Hubscheibe 10 dient. Vorzugsweise sind der Ringkörper 9' und die Hubscheibe 10 als identisch gestaltete und mit ihrer Nockenkontur gegeneinander liegende Teile ausgeführt. Die wellenförmigen Hubnocken 13 beider Scheiben erzeugen aufgrund der wellenförmigen Kontur 11 bei geringem Axialdruck dauerhaft axiale Impulse in der Arbeitsspindel 6, die für empfindliche Bohrwerkzeuge schonend sind. Die als Ringkörper 9' dienende Scheibe ist nicht drehfest mit der Arbeitsspindel 6 verbunden, wodurch sich eine Relativbewegung zwischen der Hubscheibe 10 und dem Ringkörper 9' ergibt. Der Ringkörper 9' wird axial im Gehäuse der Maschine gehalten, wobei zwischen dem Ringkörper 9' und dem Antriebsrad 7 ein Abstand vorgesehen sein muß. Wie sich aus Fig. 8 ergibt, wird der Ringkörper 9' in einem Flansch eines Gehäuses 25 aufgenommen, so daß der Ringkörper 9' gegen Verdrehen gesichert und seine axiale Lage fixiert ist. Der Axialhub, den die Arbeitsspindel 6 ausführt, wird durch die relative Drehbewegung der Hubscheibe 10 gegenüber dem Ringkörper 9' erzeugt. Die in den Zeichnungsfiguren verwendeten Bezugszeichen stimmen für gleiche Teile jeweils überein.

Claims (14)

1. Bohrmaschine mit einer drehbar in einem Maschinengehäuse (2) gelagerten Arbeitsspindel (6), deren freies Spindelende (8) ein Bohrwerkzeug (4), insbesondere eine Diamantbohrkrone, rotierend antreibt, mit einem der Arbeitsspindel (6) zugeordneten Nockenhubwerk (24) zur Erzeugung von auf das Werkzeug (4) wirkenden axialen Impulsen in der Arbeitsspindel (6), wobei das Nockenhubwerk (24) eine drehfest mit der Arbeitsspindel (6) verbundene Hubscheibe (10) mit einer aus mindestens einem axial hervorstehenden Hubnocken (13) bestehenden Nockenkontur (11), und wenigstens einen an der Nockenkontur (11) liegenden Ringkörper (9, 9') aufweist, welcher derartig ausgebildet und nicht von der Arbeitsspindel (6) antreibbar angeordnet ist, daß sich bei drehender Arbeitsspindel (6) eine relative Drehbewegung zwischen der Hubscheibe (10) und dem Ringkörper (9, 9') und eine daraus resultierende Axialbewegung der Arbeitsspindel (6) ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenkontur (11) mit wellenförmigem Verlauf in Umfangsrichtung der Hubscheibe (10) ausgebildet ist.

2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hubnocken (13) in Umfangsrichtung der Hubscheibe (10) hintereinander angeordnet sind.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubnocken (13) drehsymmetrisch um eine Drehachse (3) der Arbeitsspindel (6) angeordnet sind.

4. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9, 9') an einem Teil des Gehäuses (25) gelagert ist.

5. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubscheibe (10) beidseitig mit einer Nockenkontur (11) versehen ist, die mit jeweils einem Ringkörper (9) zusammenwirken.

6. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Hubnocken (13) ungleich einer Anzahl von Segmenten des Werkzeugs (4), insbesondere Diamantsegmenten einer Diamantbohrkrone ist.

7. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Hubnocken (13) der Hubscheibe (10) ungerade ist.

8. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9) gegen die Rückstellkraft einer Federanordnung (12) bewegbar ist.

9. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9) mehrere Wälzkörper (18) umfaßt, die auf der Nockenkontur (11) in Drehrichtung der Hubscheibe (10) abrollen und in einem Wälzkörperkäfig (19) gehalten sind.

10. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9) scheibenförmig ausgebildet ist und eine an der Nockenkontur (11) der Hubscheibe (10) anliegende, der Hubscheibe (10) im wesentlichen ähnliche Nockenkontur (11) aufweist.

11. Bohrmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubscheibe (10) und der Ringkörper (9') gleiche Bauteile sind, die mit ihren jeweiligen Nockenkonturen (11) aneinander liegen.

12. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9') als integraler Teil eines Flansches an einem Gehäuseteil (25) ausgebildet ist.

13. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubscheibe (10) mit der Arbeitsspindel (6) einstückig ausgeführt ist.

14. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (9, 9') aus verschleißfesten Einzelsegmenten gebildet ist, die in das Gehäuse intergriert sind.