DE1040986B

DE1040986B - Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine mit einem zwischen Antriebsmotor und Vorschubspindel angeordneten Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE1040986B
Application number: DES48418A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karlheinz Bretthauer; Bruno Stuhl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-04-21
Filing date: 1956-04-21
Publication date: 1958-10-16

Description

DEUTSCHES

kl. 5 b 3/01

INTERNAT. KL. E 21 C

PATENTAMT

S48418VI/5b

ANMELDETAG: 21. A P R I L 1 9 5 6

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 16. O KTO B ER 1958

An Gesteins- und sonstigen Drehbohrmaschinen wird unter anderem die wesentliche Forderung gestellt, daß sich das Betriebsverhalten der Maschinen automatisch den jeweils vorliegenden Gesteinsverhältnissen anpaßt. Unter dem Begriff Gestein sollen im weiteren Sinn auch Kohle, Salze u. dgl. verstanden werden.

Bei der Drehbohrmaschine nach der deutschen Patentschrift 938 603 beispielsweise wird eine Verlangsamung des Bohrvorschubes in dem Augenblick be- ίο wirkt, in dem die erforderliche Andruckkraft einen über das proportionale Maß hinausgehenden Betrag überschreitet. Die Verlangsamung wird durch den Schlupf einer zwischen Bohrwelle und zugeordneter Getriebestufe eingeschalteten Kupplung erreicht. Im übrigen steht aber der die Getriebestufe und die Bohrwelle enthaltende Getriebekopf nur über ein Übersetzungsgetriebe¹ mit dem zugehörenden Antriebsmotor in Verbindung, d. h., es kann nur mit einer im wesentlichen unveränderlichen Drehzahl gebohrt werden.

Es ist daher schon vorgeschlagen worden, einen Antrieb mit reihenschlußähnlicher Charakteristik zu verwenden, da er den Erfordernissen bei Bohrarbeiten am besten gerecht wird (vgl. die deutsche Patentschrift 917 541). Hier kommen in erster Linie gleich- oder wechselstromgespeiste Kollektormotoren in Betracht. Bei einer Verwendung im Untertagebetrieb, insbesondere in schlagwettergefährdeten Grubenbauen, besteht jedoch immer die Gefahr, daß durch Bürstenfeuer Explosionen ausgelöst werden können. Man kann diese Gefahr vermeiden, wenn man Drehstromkurzschlußläufermotoren benutzt. In schlagwettergefährdeten Grubenbauen empfiehlt es sich, einen Drehstromkurzschlußläufermotor als Antriebsmotor zu benutzen. In Verbindung mit den Merkmalen des im nachfolgenden im einzelnen erläuterten Schaltgetriebes erhält man so einen auch in dieser Hinsicht betriebssicher arbeitenden Antrieb. Es muß dann aber ein Momentenwandler vorgesehen sein, der dem Antrieb eine· reihenschlußähnliche Charakteristik gibt.

Es ist bereits bekannt, ein zwischen Antriebsmotor und Vorschubspindel der Bohrmaschine angeordnetes Schaltgetriebe zu verwenden, bei dem die Verbindung zwischen der Antriebswelle und der parallel zu ihr verlaufenden Abtriebswelle über ein mehrstufiges Getriebe erfolgt (vgl. diedeutschePatentschrift917 541). Gemäß der Erfindung enthält dieses Schaltgetriebe vier Elektrolamellenkupplungen, die den einzelnen Getriebestufen so zugeordnet sind, daß durch wahlweises Kuppeln von je zwei einander funktionsmäßig zugeordneter Lamellenkupplungen jede Getriebestufe für sich allein und auch alle drei Getriebestufen in Reihenschaltung in die Kraftübertragung von der An-Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine mit einem zwischen Antriebsmotor

und Vorschubspindel
angeordneten Schaltgetriebe

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Karlheinz Bretthauer, !Erlangen,

und Bruno Stuhl, Berlin-Lichterfelde,

sind als Erfinder genannt worden

triebswelle auf die Abtriebs welle einschaltbar sind. Dadurch stehen an ihr vier Drehzahlen zur Verfügung. Mit Hilfe des Schaltgetriebes und dieser vier Drehzahlen kann die gewünschte Reihenschlußcharakteristik nachgebildet werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau der Drehbohrmaschine in Seitenansicht bzw. im Schnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Getriebe,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie HI-III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Elektrolamellenkupplung mit umlaufendem Magnetteil,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Elektrolamellenkupplung mit feststehendem Magnetteil.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird die gesamte Drehbohrmaschine von dem Bohrgestell 1 getragen. Das Bohrgestell 1 hat für den Antriebskopf 2 bei 1 a ein Führungsbett, auf dem das Getriebe 3 und der Antriebsmotor 4 befestigt ist. Die Vorschubbewegung und die Bohrbewegung wird in den Antriebskopf durch die Spindel 5 eingeführt. Sie ist an der Vorderwand 1 b des Bohrgestelles drehbar und stützt sich an dieser Vorderwand zugleich mit Hilfe eines Längslagers 5 a ab. Ein Bund 5 b, der nur bei Rücklauf des Antriebskopfes Kräfte aufzunehmen hat, sichert die Spindel 5 in ihrer Lage zur Vorderwand 1 b des Bohrgestelles. Die Spindel 5 ist mit der Abtriebswelle des Getriebes 3 gekuppelt, dessen Antriebswelle mit dem Antriebsmotor 4 gekuppelt ist. Der Antriebsmotor 4 kann auch am Gehäuse des Getriebes 3 angeflanscht sein.

»09 658/3

Im Antriebskopf 2 ist die BoTirwelle 6 drehbar gelagert. Sie stützt sich mit einem Längslager 7 an der rückwärtigen Wand des Antriebskopfes 2 ab. Ein Bund 8, der sich an der Vorderwand des Antriebskopfes 2 abstützt, sichert die Lage der Bohrwelle 6 bezüglich des Antriebskopfes 2 in der Längsrichtung. Die Bohrwelle 6 trägt vorn die Bohrschneide 9. Die Bohrbewegung wird von der Spindel 5 über ein von ihr mitgenommenes Zahnrad 10 und ein auf der Bohrwelle 6 sitzendes Zahnrad 10 a auf die Bohrwelle 6 übertragen. Das Zahnrad 10 führt sich über eine Paßfeder in der Längsnut 5 c der Spindel 5. Das Zahnrad nimmt also an der Drehbewegung der Spindel teil. In der Längsrichtung wird das Zahnrad 10 an der Vorschubbewegung des Antriebskopfes 2 beteiligt, was l>ei der Darstellung nach Fig. 1 durch die beiden Anschläge 2a erzwungen wird. Auf der Spindel 5 ist eine Wandermutter 11 geführt, die mit dem Antriebskopf 2 fest verbunden ist.

Bei der Anordnung des Getriebes gemäß Fig. 2 sind auf der Antriebswelle 12 aufeinanderfolgend das Stirnrad 13, die Elektrolamellenkupplung 14, das Stirnrad 15, die Elektrolamellenkupplung 16 und das Stirnrad 17 angeordnet. Auf der Abtriebswelle 18 sitzen aufeinanderfolgend das Stirnrad 19, die Elektrolamellenkupplung 20, das Stirnrad 21, die Elektrolamellenkupplung 22 und das Stirnrad 23.

Die Außenlamellenträger der Elektrolamellenkupplungen 14,16 und 20,22 sind fest mit den Hohlwellen 24 verbunden, die ihrerseits z. B. über eine Schraubverbindung an den Stirnrädern 15 und 21 befestigt sind. Desgleichen sind die Innenlamellenträger dieser Elektrolamellenkupplungen über die Hohlwellen 24 mit den Stirnrädern 13,17 und 19, 23 verbunden. Abgesehen von Stirnrad 13 mit Innenlamellenträger 14 und Stirnrad 23 mit Innenlamellenträger 22, die auf ihren Wellen fest verkeilt sind, sind alle übrigen Übertragungselemente mit den Hohlwellen gegenüber der Antriebs- und Abtriebswelle drehbar gelagert. Schaltet man die Spule 30 einer Elektrolamellenkupplung ein, so preßt die Ankerscheibe 33 die Lamellen 36 zusammen und bewirkt eine Drehmitnahme der bis dahin stillstehenden Kupplungshälfte.

Insgesamt ergeben sich folgende drei Getriebestufen : Die Stirnräder 13,19 bilden die erste Stufe, die Stirnräder 15, 21 die zweite (mittlere) Stufe, die Stirnräder 17, 23 die dritte Stufe. Das Getriebe ist in ein besonderes Lagergerüst 25, 26 eingebaut, das aus Lagerschilden 25 und den damit verbundenen Längsstreben 26 besteht. Es wird zusammen mit dem Getriebe in ein torsionssteifes und gegebenenfalls druckfestes Gehäuse 27 eingebaut, das durch die Deckel 28 verschlossen ist. Das Gehäuse 27 ist mit den Befestigungsplatten 27 α versehen, die auf dem Bohrgestell 1 verschraubt sind. Zur Verdeutlichung sind die Längsstreben 26, die z. B. U-Profil haben können, in Fig. 2 in ihrer Lage gegenüber Fig. 3 versetzt gezeichnet.

Mit Hilfe der genannten vier Kupplungen und der drei Getriebestufen lassen sich vier Drehzahlen über folgende Kraftwege einstellen :

Erster Kraftweg: Stirnrad 13, Kupplung 14, Stirnrad 15, Kupplung 16, Stirnrad 17, Stirnrad 23;

zweiter Kraftweg: Stirnrad 13, Kupplung 14, Stirnrad 15, Stirnrad 21, Kupplung 22, Stirnrad 23;

dritter Kraftweg: Stirnrad 13, Stirnrad 19, Kupplung 20, Stirnrad 21, Kupplung 22, Stirnrad 23;

vierter Kraftweg: Stirnrad 13, Stirnrad 19, Kupplung 20, Stirnrad 21, Stirnrad 15, Kupplung 16, Stirnrad 17, Stirnrad 23.

Von den beiderseitig der mittleren Getriebestufe befindlichen Lamellenkupplungspaaren sind also bei dem zweiten Kraftweg nur die Kupplungen 14 und 22, bei dem vierten Kraftweg die Kupplungen 20 und 16 eingeschaltet. Dagegen sind beim ersten Kraftweg die beiden Kupplungen 14 und 16 auf der Antriebswelle, beim dritten Kraftweg die beiden Kupplungen 20 und 22 auf der Abtriebswelle eingeschaltet. Es wird damit verhindert, daß bei einem der vier Kraftwege eine Blockierung zwischen den beiden Wellen erfolgt.

Den vier Drehzahlen entsprechen vier nach einer geometrischen Reihe abgestufte Übersetzungsverhältnisse, wobei der ersten Getriebestufe das Verhältnis -^, der mittleren Getriebestufe das Verhältnis—₀-,

der dritten Getriebestufe das Verhältnis -^- und der Reihenschaltung aller drei Getriebestufen das Ver-

hältnis—^ entspricht. Um den Verschleiß an den Lamellen auf ein Minimum herabzusetzen, sind die Getriebestufen so bemessen, daß die maximal auftretende Differenzdrehzähl zwischen den geöffneten Lamellenkupp lungshälf tem nicht wesentlich mehr als 1 OOOU/min beträgt.

Die Elektrolamellenkupplung kann an sich als bekannt vorausgesetzt werden. Der vollständigen Erläuterung halber ist jedoch in Fig. 4 der allgemeine Aufbau einer Elektrolamellenkupplung mit umlaufendem Magnetteil, in Fig. 5 der allgemeine Auf bau einer Elektrolamellenkupplung mit feststehendem Magnetteil dargestellt.

In Fig. 4 enthält der fest mit einer Welle, z. B. der Antriebswelle, verbundene Magnetkörper 29 eine Spule 30, der über einen mit dem Magnetkörper umlaufenden Schleifring 31 Strom zugeführt wird. Auf der anderen Welle, z. B. der Abtriebswelle, ist ein Mitnehmerring 32 angeordnet. Eine innenverzahnte, längs bewegliche Ankerscheibe 33 greift in die Verzahnung des Mitnehmers 32 ein. Der Außenlamellenträger 34 trägt an seinem Umfang zapfenförmige Ansätze 35. Im Raum zwischen der Ankerscheibe 33 und dem Magnetkörper 29 sind lose bewegliche Lamellenpaare 36 derart angeordnet, daß sie abwechselnd je zur Hälfte in die Aussparungen zwischen den Zapfen 35 des Außenlamellenträgers und in die des Mitnehmers 32 eingreifen. Die zwischen den Zapfen 35 eingreifenden kreisringförmigen Lamellenscheiben sind also außen verzahnt und innen kreisrund aufgebohrt. Die im Mitnehmer 32 eingreifenden Lamellenscheiben sind innen verzahnt und außen rund. Schaltet man eine Gleichspannung auf den Schleifring, so kommt eine kraftschlüssige Verbindung von antreibendem und austreibendem Teil zustande, indem die Ankerscheibe 33 die Lamellen aneinanderpreßt.

Fig. 5 zeigt eine schleifringlose Elektrolamellenkupplung. Abweichend von Fig. 4 kann hier der Magnetkörper 29 mit der Spule 30 feststehend angeordnet werden. Dieses wird ermöglicht durch das zwischen dem Außenlamellenträger 34, 34σ. und dem Magnetkörper 29 eingefügte Kugellager 37, das auf den büchsenartigen Ansatz des Außenlamellenträgers 34 a aufgezogen und über den Bund 38 gehalten ist. Wird an die Spule 30 Gleichspannung angelegt, so preßt die Ankerscheibe 33 die Lamellen 36, die entsprechend Fig. 4 angeordnet sind, aneinander und bewirkt dadurch das Ankuppeln der Kupplungshälften.

Das Getriebe läßt sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, einfach und gedrängt aufbauen, so daß das

zu kapselnde Volumen klein gehalten wird. Das zweiachsige Getriebe würde sich im Gehäuse am leichtesten montieren lassen, wenn dieses in zwei Hälften durch einen Flansch unterteilt würde, der in der Ebene der beiden Getriebewellen liegt. Da sich jedoch bei einer solchen Gehäuseteilung an den Wellendurchführungen Kreuzungen der Spalte um die Wellenstümpfe mit dem Flanschspalt des Gehäuses ergeben würden, ist eine solche Teilung bei druckfestem Gehäuse wegen der Gefahr eines Zünddurchschlages an der Kreuzungsstelle nicht geeignet. Um aber schon die Gefahr einer im Inneren des Getriebegehäuses stattfindenden Explosion durch Bürstenfeuer zu vermeiden, ist es daher vorteilhaft, Elektrokupplungen zu verwenden, bei denen die Kupplungsmagnete der im übrigen umlaufenden Lamellenkupplungein im Lagergerüst 25, 26 oder Getriebegehäuse 27 feststehend angeordnet sind. Es können dann feste elektrische Anschlüsse gelegt werden.

Gemäß weiterer Erfindung kann man auch noch eine besondere Lagerung des Getriebes vornehmen. Das geschieht in der Weise, daß das Schaltgetriebe nicht unmittelbar im Getriebegehäuse 27 selbst, sondern in ein Lagergerüst eingebaut ist, bei dem die zur Aufnahme der Kugellager od. dgl. dienenden Lager-Schilde 25 durch am Umfang verteilte Längsstreben 26 verbunden sind. Durch diese Einbauweise sind bei Reparatur und Montage alle Getriebeteile leicht zugänglich. Das Lagergerüst mit eingebautem Getriebe kann als Ganzes in ein z. B. druckfestes, fugenloses oder nahtloses Getriebegehäuse 27 mit zwei Deckeln 28 eingeschoben werden, die nur je eine Wellendurchführung besitzen.

Die Vorteile der beschriebenen Getriebeanordnung bestehen insbesondere darin, daß es möglich ist, für alle vier Drehzahlen bzw. Drehmomente mit einem einzigen Motor verhältnismäßig kleiner Leistung auszukommen. Außerdem läßt es sich durch eine elektrische Schaltautomatik erreichen, daß sich je nach Belastung die richtige Drehzahl einstellt. Die gewünschten Drehzahlen werden dabei mit nur drei Zahnradpaaren erreicht.

Claims

Patentansprüche: 45

1. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine mit einem zwischen Antriebsmotor und Vorschubspindel angeordneten Schaltgetriebe, bei dem die Verbindung zwischen der Antriebswelle und der parallel zu ihr verlaufenden Abtriebswelle über ein mehrstufiges Getriebe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (3) vier Elektrolamellenkupplungen (14, 16, 20, 22) enthält, die den einzelnen Getriebestufen so zugeordnet sind, daß durch wahlweises Kuppeln von je zwei einander funktionsmäßig zugeordneter Lamellenkupplungen jede Getriebestufe für sich allein und auch alle drei Getriebestufen in Reihenschaltung in die Kraftübertragung von der Antriebswelle (12) auf die Abtriebswelle (18) einschaltbar und dadurch an ihr vier Drehzahlen verfügbar sind.

2. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Getriebestufe aus zwei Stirnrädern (13,19 bzw. 15, 21 bzw. 17, 23) besteht und zu beiden Seiten der mittleren Getriebestufe (15, 21) auf jeder Welle je eine Elektrolamellenkupplung (14, 16 bzw. 20, 22) eingefügt ist, derart, daß die Stirnräder jeder Getriebestufe mit ihrer Kupplungshälfte über Hohlwellen fest verbunden sind.

3. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach den Ansprüchen 1 und¹ 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Antriebswelle (12) angeordnete Stirnrad (13) der ersten Stufe und das auf der Abtriebswelle (18) angeordnete Stirnrad (23) der dritten Stufe gemeinsam mit ihren Kupplungshälften fest mit der jeweiligen Welle verkeilt, während die übrigen Stirnräder gemeinsam mit ihren Kupplungshälften zur zugehörigen Welle drehbar gelagert sind.

4. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach den vorher genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der vier Getriebestufen bezüglich der jeweiligen Stufendrehzahl im Sinn einer Abstufung der Übersetzungsverhältnisse nach einer geometrischen Reihe aufeinander abgestimmt sind, derart, daß der ersten

Getriebestufe das Verhältnis -^ der mittleren Getriebestufe das Verhältnis —, der dritten Getriebestufe das Verhältnis -γ und der Reihenschaltung

aller drei Getriebestufen das Verhältnis —; ent-

spricht.

5. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch umlaufende Lamellenkupplungen vorgesehen sind, deren Kupplungsmagnete im Lagergerüst (25, 26) oder Getriebegehäuse (27) feststehend angeordnet sind.

6. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (3) nicht unmittelbar im Getriebegehäuse (27) selbst, sondern in ein Lagergerüst (25, 26) eingebaut ist, bei dem die zur Aufnahme der Kugellager od. dgl. dienenden Lagerschilde (25) durch am Umfang verteilte Längsstreben (26) verbunden sind.

7. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergerüst (25, 26) des Schaltgetriebes in ein druckfestes, fugenloses oder nahtloses Getriebegehäuse (27) mit zwei Deckeln (28) einschiebbar ausgebildet ist, die nur je eine Wellendurchführung aufweisen.

8. Gesteins- und sonstige Drehbohrmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (4) ein Drehstromkurzschlußläufermotor ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 917 541, 938 603.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

> 809 658/3 10.58