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SCHLAGEND-UMSETZENDE DRUCKLUFTBOHRMASCHINE
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schragbohriaschinen, insbesondere
auf schlagend-umsetzende Druck luftb ohrmaschinen, Zum Bohren von festen Gesteinen
werden Bohrmaschinen mit in die Bohrung versenkoaren Druckluftschlagkolben verwendet.
Der DruckluStschlagkolben mit einer Bohrkrone ist am Ende eines Rohrstranges befestigt,
der zusammen mit dem Druckluftschlagkolben in die Bohrung eingelassen ist. Hierbei
führt der Druckluftschlagkolben unter Druckluft einwirkung Schläge auf die Bohrlochsohle
aus und zerstört das Gestein, das darin von einem Druckluftstrahl fortgetragen wird,
der zu diesem Zweck der
Bohrlochsohle zugeleitet wird. Das zum Bohren
erforderliche nachlassen des Druckluftschlagkolbens und Umsetzen der Bohrkrone zusammen
mit dem Druckluft schlag kolben werden von der Bohrmaschine mittels eines Rohrstranges
ausgeführt. Beim Ausfall der Bohrkrone wird diese ausgewechselt, indem der Druckluftschlagkolben
aus der Bohrung gezogen und der Rohrstrang auseinandergenommen wird. Nach der kliswechslung
der Bohrkrone wird der Druckluftschlagkolben wiederum bis auf die Bohrlochsohle
eingelassen, wobei vorher der Rohrstrang zusammengebaut wird.
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Diese Maschinen besitzen neben Vorteilen auch eine Reihe von Nachteilen.
Die platzraubende und kostspielige Maschine begrenzt den Einsatz derartilger Maschinen
an schwer zugänglichen Stellen sowie an stellen, wo bewegliche Bohrausrüstungen
erforderlich sind. Außerdem wird beim Bohren >mit diesen Maschinen< von tiefen
Bohrungen ><viel Zeit für die Auswechslung von ausgefallenen Bohrkrcnen unproduktiv
aufgewendet. Diese Auswechslungen erfolgen oft, weil die Bohrkrone während des Betriebs
durch erhebliche, beim Nachlassen des Druckluft schlagkolbens entstehende Eräfte
an die Bohrlochsohle angedrückt ist, die auf den Rohrstrang seitens der Bohrmaschine
einwirken, und im angedrückten Zustand in der Bohrung umgesetzt wird, wodurch sie
schnell abgenutzt wird. Die schnelle Abnutzung der
Bohrkrone erhöht
die Gesamtkosten für das Bohren infolge des hohen Preises einer Bohrkrone.
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Die von diesen Easchinen ausgefuhrten Bohrarbeiten können durch Vergrößerung
der Anzahl der gleichzeitig arbeitenden Druckluftschlagkolben nicht beschleunigt
wernicht den, weil hierbei mehrere Druckluftschlagkolben von einer Bohrmaschine
gleichzeitig betrieben werden können.
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Die vorgenannten Nachteile lassen sich bei einer bstfshrenden in
die Bohrung versenkbaren Bohrmaschine ohne BohranIage vermeiden. Diese Maschine
ist bekannt, aber sie ist nur fürs Bohren in Gesteinen niedriger oder mittlerer
Festigkeit einsetzbar, Zum Bohren von festen Gesteinen ist diese Maschine nicht
geeignet, weil sie keine Vorrichtung zum Umsetzen des libeitswerkzeuges besitzt.
Zum Bohren von festen Gesteinen muß die selbstfahrende in die Bohrung versenkbare
Bohrmaschine eine eingebaute Umsetzvorrichtung besitzen, die eine ausreichende Betriebssicherheit
besitzt.
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Gegenwärtig sind eingebaute Vorrichtungen zum Umsetzen des Arbeitswerkzeuses
in den Bohrhämmern allgemein bekannt. Der Bohrhammer enthält ein Gehäuse, in dessen
Innerem ein Schlagkolben, der den Innenraum des Ge-Arbeitskammern, häuses in zweig
eine vordere und eine hintere1
unterteilt, sowie eine Luftsteuervorrichtung
unter gebracht sind. Die Luftsteuereinrichtung setzt die eine oder die andere Arbeitskammer
des Bohrhaiimers bald not einer Druckluftquelle, bald mit der Atnosphäre abwechselnd
in Verbindung.
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Unter Einwirkung der in den Arbeitskammern vorhandenen Druckluft
vollführt der Schlagkolben eine Schwingbewegung längs der Gehäuseachse, wobei er
auf das im vorderen Gehäuseteil befindliche Einsteckende der Bohrstange mit der
Bohrkrone an ihrem Ende schlägt.
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Das Umsetzen der Bohrstange erfolgt durch eine Vorrichtung, die in
das Gehäuse des Bohrhammers eingebaut ist. Die Umsetzvorrichtung der Bohrstange
mit der Bohrkrone wird von der Bewegung des Schlagkolbens in Tätigkeit gesetzt,
desen Vorderteil hierzu in Gestal eines Helikoidalstabes ausgebildet ist, der mit
einer Helikoidalmutter in Eingriff tritt, die gleichzeitig die Nabe einer reilaufkupplung
darstellt. Die Klinken der Freilaufkupplung sind derart angeordnet, daß bei der
Bewegung des £chlagkolbens nach vorn, d.h. in der bohrrichtung, die Kupplungsnabe
sich dreht, während bei der Rückkehrbewegung aes Schlagkolbens die Nabendrehung
unmöglich ist, wodurch sich der Schlagkolben selbst dreht. Die Ucertragung der
Drehbewegung
vom Schlagkolben zur Bohrstange mit der Bohrkrone wird von einer Drehbuchse besorgt,
die einerseits eine Schlitzverbindung mit dem Schlagkolben besitzt, andererseits
aber mit dem Einsteckende der Bohrstange verbunden ist, welches eine sechskantige
Form hat. iuf diese Weise dreht der Schlagkolben bei seiner Beweguug nach vorn die
Nabe der Dewilaufkupplung und beendet seine Bewegung mit einem Schlag auf das Einsteckende
der bohrstange mit der Bohrkrone, während er bei seiner Rückkehrbewegung sich selber
dreht und mittels der Drehhuchse die Bohrstange dreht, an der die Bohrkrone berestigt
ist. Die druckluft wird der bohrmaschine über einen biegsamen Schlauch zugeführt.
Während der Arbeit bleibt der Bohrhammer außerhalb der bohrung. Das Festhalten des
Bohrhammers während des ßohrens gegen Rückverachiebung und Drehung sowie das Nachlassen
desselben werden mit Hilfe einer nachlaßvorrichtung oder von Hand erreicht, so daß
die Bohrkrone praktisch die ganze Zeit mit dem Gestein der Bohrlochsohle in Kontakt
steht. Der Schlagkolben versetzt bei seiner Bewegung nach vorn einen Schlag auf
die bohrstange, wodurch die Bohrkrone Gesteinsteilchen abspaltet, die dann aus der
Bohrung von der Druckluft weggetragen werden, die durch den Zentralkanal der Bohrstange
zugeführt wird. Bei
der Rückkehrbewegung des Schlagkolbens wird
die Bohrkrone umgesetzt. Auf diese Weise führt der bohrhammer alle Operationen aus,
die zum schlagend-umsetzenden Bohren ererforderlich sind.
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Der Hauptnachteil dieser Bohrmaschine besteht darin, daß die Bohrkrone
an die Bohrlochsohle von erheblichen Vorschubkräften stets angedrückt ist. Inrolgedessen
ist die Bohrkrone einer beschleunigten abrasiven Abnutzung ausgesetzt, weil deren
Umsetzen in der bohrung ohne Ablösen von der Sohle errolgt. Dies erniedrigt die
Vortriebshaufiges größe je Bohrkrone und macht ein Auswechseln der unbrauchbar gewordenen
Bohrkrone erforderlich, was bei beträchtlichem Preis derselben die Gesamtkosten
für das Bohren erhöht. Außerdem arbeitet die Umsetzvorrichtung im Bohrhammer durch
Leistungsentnahme vom Schlagkolben. Deswegen ist die Verwendung einer solchen Vorrichtung
unerwünscht, weil infolge geringer Abmessungen der Maschine diese mit begrenzten
Leistungen arbeitet.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, durch Anbringung eines
Gehäuses, das längs der bohrungsachse schwingbar ist, eine schlagend-unsetzende
Druckluft
bohrmaschine zu schaffen, die es ermöglicht, die unproduktive
Rückstoßenergie zum Umsetzen des Bohrwerkzeuges zu nutzen und hierdurch die Lebensdauer
des Bohrwerkzeuges zu erhöhen.
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Es wird eine Druckluftschlagbohrmaschine vorgeschlagen, die eine
Einrichtung zum Festhalten derselben während des Bohrens gegen Rückverschiebung
und Drehung besitzt und ein Gehäuse mit einem in diesem untergebrachten Schlagkolben,
der mit dem Gehäuse eine vordere und eine hintere Arbeitskammer bildet zur hin-
und gergehenden Bewegung unter Druckluft einwirkung hergerichtet ist und auf aas
im Vorderteil des Gehäuses angeordnete Bohrwerkzeug schlagend einwirkt, eine Vorrichtung
zum Umsetzen des Bohrwerkzeuges,bestehend aus einem Helikoidalpaar, das einen Helikoidalstab
und eine Helikoidalmutter besitzt, sowie einer Freilaufkupplung, deren bewegliche
Passung in einem Stück mit einem der Elemente des Helikaidalpaares aus0-eführt ist,
und außerdem ein Mittel zum Austragen des Schlamms aus der Bohrung umfaßt. Erfindungsgemäß
ist die vsich, Bohrmaschine mit einer Hülse versehen, die an das hintere Teil des
Gehäuses anschließt, das mit der Hülse derart verbunden ist, daß es in bezug auf
dieselbe drehbar und axialverschiebbar ist, wobei das Bohrwerkzeug am Gehäuse starr
befestigt ist, während die Umsetzvorrichtung zwischen
der Hülse
und dem Gehäuse angebracht ist.
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Aufgrund der vorliegenden erfindung ist eire in die Bohrung versenkbare
schlagend-umsetzende Druckluftbohrmaschine geschaffen, die es gestattet, die unproduktive
Rückstoßenergie zum Umsetzen des Bohrwerkzeuges zu nutzen, wodurch für das erwähnte
Umsetzen die Energie des Schlagkolbens nicht aufgewendet wird. Bei begrenzter Leistung
dieser Maschinen stellt das einen wesentlichen Vorzug dar. Außerdem wird hierbei
die lebensdauer des Bohrwerkzeuges erhöht, weil das Umsetzen des letzteren unter
Ablösung von der Bohrlochsohle erfolgt.
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Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung eines Beispiels
ihere Ausführung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 - schlagend-umsetzende DruckluStbohrmaschine, ausgeführt;
gemäß der Erfindung, im Längsschnitt; Fig. 2 - den Schnitt nach Linie II-II in Fig.
1; den Fig. 3 - /Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1.
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Die Maschine besitzt ein Gehäuse 1 mit einem an ihm befestigten Arbeitswerkzeug
2. Im Innern des Gehäuses ist ein Schlagkolben 3 untergebracht, der den Innenraum
des
Gehäuses in eine vordere Arbeitskammer 4 und eine hintere ArbeitSkammer 5 unterteilt.
Unter Einwirkung des Druckgefälles, das von der Luftsteuereinrichtung der Maschine
(die Luftsteuereinrichtung ist kein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sie kann
eine beliebige von den bekannten und geeigneten IIuftsteuereinrichtungen darstellen,
weshalb sie in die Zeichnungen nicht abgebildet ist und von den Urhebern nicht beschrieben
wird) erzeugt wird, bewegt sich der Schlagkolben im Innern des Gehäuses 1 und übt
dabei Schläge auf das Vorderteil 7 desselben. Die Druckluft wird der Maschine über
einen mit einer Druckluftquelle verbundenen biegsamen Schlauch 8, den Hohlraum 9
einer Bremseinrichtung 10 und den Kanal 11 eines Stutzens 12 zugeführt, der durch
die ganze aschine Verläuft. Danach wird die Druckluft über einen Eanal 13 im Vorderteil
7 des Gehäuses 1 und einen Kanal 14 des Arbeitswerkzeuges 2 zum Ausblasen der Bohrlochsohle
H geleitet.
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Das Gehäuse 1 ist mit seinem hinteren Teil 15 im Innern einer Hülse
16 beweglich angeordnet. Die Hülse 16 ist mit der Jsremseinrichtnng 10 starr verbunden.
Im Innern der Hülse 16 ist zwischen ihr und dem hinteren Teil 15 des Gehäuses 1
eine Umsetzvorrichtung 17 montiert, die aus einem Helikoidalpaar 18 und einer Freilaufkuplung
19
besteht. Das Relikoidalpaar 18 setzt sich aus einen Relikoidalstab
20, der am hinteren Teil 15 des Gehäuses 1 ausgeführt ist, und einer Helikoidalmutter
21 zusammen.
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Die Mutter 21 ist in einem Stück mit dem Zahnrad der Freilaufkupplung
19 ausgeführt. Das Zahnrad - die butter 21 - bildet mit im Körper der Hülse 16 niontierten
Klinken 22 die Freilaufkupplung 19. Die Hülse 16 ist mit einem inneren Ringbund
23 versehen, während das hintere Teil 15 des Gehäuses 1 einen äußeren Ringbund 24
aufweist.
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Die Bremseinrichtung 10 enthält eine Kupplung 10a, die aus einem elastischen
Material (beispielsweise Gummi) ausgeführt ist und zwei Vorsprürge 25 mit darin
befestigten Schuhen 26 aus einem Material besitzt, das gegen abrasiven Verschleiß
beständig ist. Der Innenraum 9 der Kupplung 10a hat ovale Form. Zwischen den Vorsprüngen
25 und der Oberfläche der gebohrten Bohrung sind Spalte gebildet, die neben dem
Zwischenraum zwischen den Bohrlochwänden und der Oberfläche der Bohrmaschine zum
Austragen der Zerstörungsprodukte von der bohrlochsohle H dienen. Ein Dämpfer 28
dient zur Abschwächung möglicher Schläge des Bundes 24 des hinteren Teiles 15 des
Gehäuses 1 gegen die Hülse 16 bei der Bewegung des Gehäuses unter
Einwirkung
der Rückstoßkräfte.
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Die Arbeit der Maschine geht auf die folgende Weise vor sich. Beim
Anschluß des luftzuführenden Schlauches 8 an die Druckluftquelle gelangt die Druckluft
in die i.aschine durch den Hohlraum 9 der Kupplung 1Ca una den Stutzen 12, der durch
die Hülse 16, den Helikoidalstab 20, den Hohlraum 5, den Schlagkolben 3, den wohlraum
4 und den vorderen Teil 7 des Gehäuses 1 verläuft. Unter der Drucklufteinwirkung
strebt der ovale Querschnitt des nohlrauuies 9 danach, eine runde Yorni anzunegmen,
und dlc Versprunge 25 der Kupplung 10a drücken die Schuae 26 an die Bohrlochwände
an. Zwischen den Borhlochwänden und den Schuhen 26 entstehen Reibungskräfte, die
die Laschine in der bohrung während der Arbeit festhalten.
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Die Luft steuereinrichtung Betätigt den Schlagkolben 3. Der Schlagkolben
3 führt, indem er sich im Innern des Gehäuses 1 bewegt, Schläge gegen das vordere
Teil 7 des Gehäuses 1 aus. Unter Schlageinwirkung fängt das Gehäuse 1 mit dem an
ihm befestigten Bohrwerkzeug 2 an, sich nach der Seite der Bohrlochsohle bezüglich
der unbeweglichen Hülse 16 mit der Bremseinrichtung 10 zu Dewegen. Hier-Dei wirkt
aer Helikoidalstab 20 des Gehäuses 1 auf die Mutter 21 ein und dreht dieselbe entgegen
dem Uhrzeigersi@
in Fig. 2 . Die Richtung des Helikoidalgewindes
und die Lage der abgefeaerten Klinken 22 sind derart gewählt, daß bei der Bewegung
des Gehäuses 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 gegen die Bohrlochsohle H (Vorwärtslauf) die
L.utter 21 ungehindert gedreht wird. Das Gehäuse 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 dreht
sich in dieser Zeit nicht, weil deren tasse und Trägheitsmoment die Masse und das
Trägheitsmoment der Mutter 21 um ein ein Vielfaches übersteigen.
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Infolge Jeden Schlages wirkt das Bohrwerkzeug auf die bohrlochsohle
H ein und zerstört das Gestein. Die lAift zum Ausblasen wird auf die Bohrlochsohle
durch den luftzuführenden Schlauch 8, den Hohlraum 9 der bremseinrichtung 10, den
Kanal 11 des Stutzens 12, den Kanal 13 des vorderen teils 7 des Gehäuses 1 und den
Kanal 14 des Bohrwerkzeuges 2 ununterbrochen geleitet. Die Zerstörungsprodukte werden
vom i)ruckluftstrahl aus der Bohrung dnrch den Zwischenraum, der von den Wänden
der gebohrten Bohrung und dem Gehäuse 1 gebildet ist, den Zwischenraum zwischen
den Bohrlochwänden und der Hülse und ferner durch die von den Vorsprüngen 25 der
kupplung 10a und den ßohrlochwänden gebildeten Spalte 27 ausgetragen. Danach beginnt
der Rücklauf des Schlagkolbens im Gehäuse.
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Nach dem Zusammenstoß der Schneiden des Werkzeuges
2
mit dem Gestein der Bohrlochsohle wirken auf das Bohrwerkzeug 2 die Rückstoßkräfte
ein, die seine bewegung nach der Seite erzwingen, die der Vortriebsrichtung entgegengesetzt
ist.
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Auf diese Weise bewegt sich der Schlagkolben 3 im Gehäuse 1 unter
der Drucklufteinwirkung, die durch die Luftsteuerung in der Maschine bedingt ist.
Der Vorwärtslauf des Gehäuses 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 ertolgt unter Einwirkung
des Schlages, den der Schlagkolben 3 auf das vordere Teil 7 des Gehäuses 1 ausführt.
Der Rücklauf des Gehäuses 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 erfolgt durch die Rückstoßkräfte
infolge der schlagenden Einwirkung des Bohrwerkzeuges 2 auf das Gestein der Bohrlochsohle
H.
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beim Rücklauf des Gehäuses 1 strebt der Helikoidalstab 20 danach,
die mutter 21 zu drehen (im Uhrzeigersinn in Sig. 2). Die Kichtung des Helikoidalgewindes
und die Lage der Klinken 22 machen die Drehung aer Mutter 21 in der erwähnten Wichtung
unmöglich. Infolgedessen dreht sich zusammen mit dem Stab 20 das ganze Gehäuse 1
mit dem bohrwerkzeug 2 bezuglich der in der Bohrung under der beweglichen Bremseinrichtung
10, hülse 16 uniutter 21.
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Im ergebnis dreht sich beim Kücklauf des Gehäuses 1 der Bohrmaschine
das Bohrwerkzeug 2 unter aer einwirkung
der Rückstoßkräfte um einen
bestimmten Winkel. Diese Drehung erfolgt beim Ablösen des Bobrwerkzeuges von der
Bohrlochsohle, was diese Drehung und somit das Umsetzen des Bohrwerkzeuges 2 betrachtlich
erleichtert.
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Die Vorwärtsbewegung der maschine in der Bohrung erfolgt dank BnschlagenS
des Bundes 24 des Gehäuses 1 gegen den Bund 23 der Hülse 16. Hierbei übersteigen
die Kräfte, die auf die Hülse 16 und die Bremseinrichtung 10 wirken, die Reibungskräfte
erheblich, die von der Bremseinrichtung 10 erzeugt werden.
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Diese Vorwärtsbewegung der biaschine ist bei der Vorwärtsbewegung
des Gehäuses 1 in der Hülse 16 dank AusbohrenSdes Gesteins der bohrlochsohle H mit
dem Bohrwerkzeug 2 möglich.
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Auf diese Weise wird die Energie des Schlages, der vom Schlagkolben
3 auf das vordere Teil des Gehäuses 1 ausgeführt wird, zur Zerstörung des Gesteins
der Bohrlochsohle und Vorwärtsbewegung der Maschine in der Bohrung genutzt.
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Die vorgeschlagene Maschine gewährleistet das Ausführen der schlagend-umsetzenden
Bohrung von festen Gesteinen unter Ausnutzung der Rckstoßkräfte zum Umsetzen des
gesteinszerstörenden Bohrwerkzeuges.