DE2551292C3 - Druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine mit einer Abstützvorrichtung zum Festhalten der Maschine gegen Rückstoß- und Drehkräfte, mit einem im Maschinengehäuse angeordneten frei fliegenden Kolben, durch den ein mit dem Vorderteil des Maschinengehäuses verbundenes Bohrwerkzeug beaufschlagbar ist, mit einer Vorrichtung zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs in Form einer Drallnutenverbindung, welche aus einem Drallstab und einer Drallmutter besteht, mit einer Freihufkupplung, deren bewegliches Teil einstückig mit Drallstab oder Drallmutter ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Austragen des Bohrkleins aus dem Bohrloch.

Bei bekannten druckluftbetriebenen Tiefloch-Schlagbohrmaschinen dieser Art erfolgt das Umsetzen der Bohrstange durch eine Vorrichtung zum Umsetzen, die in das Gehäuse der Tiefloch-Schlagbohrmaschine eingebaut ist. Die Vorrichtung zum Umsetzen des aus Bohrstange und Bohrkrone bestehenden Bohrwerkzeuges wird von der Bewegung des Kolbens in Tätigkeit gesetzt, dessen Vorderteil hierzu in Gestalt eines Drallstabs ausgebildet ist, der mit einer Drallmutter in Eingriff tritt, die gleichzeitig die Nabe einer Freilaufkupplung darstellt. Die Klinken der Freilaufkupplung sind derart angeordnet, daß bei der Bewegung des Kolbens nach vorn, d. h. in Bohrrichtung, die Nabe der Kupplung sich dreht, während bei der Rückkehrbewegung des Schlagkolbens eine Nabendrehung unmöglich ist, wodurch sich der Schlagkolben selbst dreht. Die Übertragung der Drehbewegung vom Kolben zum Bohrwerkzeug wird mittels einer Drehbuchse bewirkt, die einerseits über eine Keilverzahnung mit dem Schlagkolben in Wirkverbindung steht und andererseits mit dem Einsteckende der Bohrstange verbunden ist, welches sechskantige Form hat. Auf diese Weise dreht der Kolben bei seiner Bewegung nach vorn die Nabe der Freilaufkupplung und beendigt seine Bewegung mit dem Schlag auf das Einsteckende des Bohrwerkzeugs, während er bei seiner Rückkehrbewegung sich selber dreht und mittels der Drehbuchse die Bohrstange dreht, an der die Bohrkrone befestigt ist

Während der Arbeit bleibt der Bohrhammer außerhalb der Bohrung. Das Festhalten des Bohrhammers während des Bohrens gegen Rückverschiebung und Drehung sowie das Absenken desselben werden mit Hilfe einer Absenkvorrichtung oder von Hand erreicht, so daß die Bohrsohle praktisch die ganze Zeit mit dem Gestein der Bohrlochsohle in Kontakt steht. Der Schlagkolben versetzt bei seiner Bewegung nach vorn der Bohrstange einen Schlag, wodurch die Bohrkrone Gesteinsteilchen abspaltet, die dann mittels Druckluft aus der Bohrung ausgetragen werden, die durch einen Zentralkanal in der Bohrstange zugeführt wird. Bei der Rückkehrbewegung des Kolbens wird die Bohrkrone umgesetzt.

Ein Hauptnachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die Bohrkrone mit erheblichen Vorschubkräften stets an die Bohrlochsohle angedrückt ist. Dadurch ist die Bohrkrone einem schnellen Verschleiß ausgesetzt, weil das Umsetzen in der Bohrung ohne Ablösen von der Sohle erfolgt Dies erniedrigt die mit einer Bohrkrone zu erzielende Vortriebsleistung und macht ein häufiges Auswechseln der unbrauchbar gewordenen Bohrkrone erforderlich, was bei deren hohem Preis mit eine Ursache für hohe Bohrkosteil ist. Dabei arbeitet die Vorrichtung zum Umsetzen mit Leistungsentnahme vom Schlagkolben, was bei geringen, zur Verfügung stehenden Abmessungen die erreichbaren Bohrleistungen erheblich begrenzt.

Aus der DE-AS 12 99 265 ist ein Bohrhammer mit hin- und hergehenden motorisch oder elektrisch oder magnetisch beweglichen Massen bekannt, die einen Rückstoß auf das Gerät ausüben und dabei den Rückstoß durch eine rotierende Unwuchtmasse oder durch einen fliehkraftbeaufschlagten Schlagkörper erzeugen, der gekennzeichnet ist durch eine drehbare Drallbüchse mit Außenkonuswinke!, einen fest mit dem Gerät verbundenen Gegenkonus und eine mit Drallnuten versehenen Längsbohrung in der Drallbuchse, in welcher ein von einem Schlagkörper beaufschlagter Zwischendöpper mit Drallfedern drehbar längsverschieblich ist, der sich durch die beim Rückstoß entstehende Klemmwirkung zwischen Drallbuchse und Gegenkonus in Drehrichtung bewegt. Damit soll ein Drehantrieb für Bohrwerkzeuge angegeben werden, der für den Drehantrieb nur einen Meinen Teil der Motorenergie abzweigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine der eingangs erwähnten Art anzugeben, die es ermöglicht, die unproduktive Rückstoßenergie zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs auszunutzen und durch dessen Abheben beim Umsetzen die Lebensdauer des Bohrwerkzeugs zu verlängern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Hülse vorgesehen ist, in welcher das hintere Teil des Maschinengehäuses drehbar und axial verschieblich geführt sowie die Vorrichtung zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs angeordnet ist, wobei der Drallstab am hinteren Teil des Maschinengehäuses und die Drallmutter an der Hülse befestigt sind und das Bohrwerkzeug starr mit dem Vorderteil des Maschinengehäuses verbunden ist.

Auf diese Weise kann die unproduktive Rückstoßenergie zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs benutzt werden, ohne daß dafür die Energie des Kolbens aufgewendet werden muß. Infolge der begrenzten

Abmessungen stellt die volle Ausnutzung der Energie des Kolbens für den Schlagvorgang einen erheblicher. Vorzug in bezug auf die erzielbare Bohrleistung dar. Darüber hinaus wird dadurch, daß das Umsetzen des Bohrwerkzeugs unter Ablösung von der Bohrlochsohle erfolgt, die Lebensdauer des Bohrwerkzeugs beträchtlich erhöht

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In oen Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine im Längsschnitt,

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie H-II in F i g. 1 und

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in F i g. 1.

Die druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine besitzt ein Maschinengehäuse 1 mit einem daran befestigten Bohrwerkzeug 2. Im Inneren des Maschinengehäuses 1 ist ein freiliegender Kolben T 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 Luftsteuereinrichtungen darstellen, weshalb sie in die Zeichnungen nicht abgebildet ist) erzeugt wird, bewegt sich der Schlagkolben im Innern des Gehäuses 1 und übt dabei Schläge auf das Vorderteil 7 desselben aus. Die Druckluft wird der Maschine über einen mit einer Druckluftquelle verbundenen biegsamen Schlauch 8, die Längsbohrung 9 einer Abstützvorrichtung 10 und den Kanal 11 eines Stutzens 12 zugeführt, der durch die ganze Maschine verläuft. Danach wird die Druckluft über einen Kanal 13 im Vorderteil 7 des Gehäuses 1 und einen Kanal 14 des Arbeitswerkzeugs 2 zum Ausblasen der Bohrlochsohle Hgeleitet.

Das Gehäuse 1 ist mit seinem hinteren Teil 15 im Innern einer Hülse 16 beweglich angeordnet. Die Hülse 16 ist mit der Abstützung 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 Freilaufkupplung 19 besteht. Das Helikoidalpaar 18 setzt sich aus einem Helikoidalstab 20, der am hinteren Teil 15 des Gehäuses 1 ausgeführt ist, und einer Helikoidalmatter 21 zusammen. Die Mutter 21 ist in einem Stück mit dem Zahnrad der Freilaufkupplung 19 ausgeführt. Das Zahnrad — die Mutter 21 — bildet mit im Körper der Hülse 16 montierten 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. Die Abstützung 10 enthält eine Kupplung 10a, die aus einem elastischen Material (beispielsweise Gummi) ausgeführt ist und zwei Vorsprünge 25 mit darin befestigten Schuhen 26 aus einem Material besitzt, das gegen abrasiven Verschleiß beständig ist. Die Längsbohrung der Kupplung 10a hat ovale Form. Zwischen den Vorsprüngen 25 und der Bohrlochwand sind Spalte gebildet, die neben dem Zwischenraum zwischen der Bohrlochwand und der Oberfläche des Boh. .nascninengehäuses zum Austragen des Bohrkleins 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.

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 Maschine durch die Bohrung 9 der Kupplung 10a und den Stutzen 12, der durch die Hülse 16, den Helikoidalstab 20, die Kammer 5, den Schlagkolben 3, die Kammer 4 und den vorderen Teil 7 des Gehäuses 1 verläuft Unter der Drucklufteinwirkung strebt der ovale Querschnitt der Bohrung 9 danach, eine runde Form anzunehmen, und die Vorsprünge 25 der Kupplung 10a drücken die Schuhe 26 an die Bohrlochwand an. Zwischen der Bohrlochwand und den Schuhen 26 entstehen Reibungskräfte, die die Maschine in der Bohrung während der Arbeit festhalten.

Die Luftsteuereinrichtung 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 Abstützung 10 zu bewegen. Hierbei wirkt der Helikoidalstab 20 des Gehäuses 1 auf die Mutter 21 ein und dreht dieselbe entgegen dem Uhrzeigersinn (F i g. 2). Die Richtung des Helikoidalgewindes und die Lage der abgefederten Klinken 22 sind derart gewählt, daß bei der Bewegung des Gehäuses 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 gegen die Bohrlochsohle //(Vorwärtslauf) die Mutter 21 ungehindert gedreht wird. Das Gehäuse 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 dreht sich in dieser Zeit nicht, weil deren Masse und Trägheitsmoment die Masse und das Trägheitsmoment der Mutter 21 um ein Vielfaches übersteigen.

Infolge jeden Schlages wirkt das Bohrwerkzeug auf die Bohrlochsohle H ein und zerstört das Gestein. Die Luft zum Ausblasen wird auf die Bohrlochsohle durch den luftzuführenden Schlauch 8, die Bohrung 9 der Abstützung 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 Druckluftstrahl aus der Bohrung durch den Zwischenraum, der zwischen der Bohrlochwand und dem Gehäuse 1 gebildet ist, den Raum zwischen der Bohrlochwand und der Hülse 16 und ferner durch die von den Vorsprüngen 25 der Kupplung 10a und der Bohrlochwand gebildeten Spalte 27 ausgetragen. Danach beginnt der Rücklauf des Schlagkolbens im Gehäuse.

Nach dem Zusammenstoß der Schneiden des Werkzeugs 2 mit dem Gestein der Bohrlochsohle wirken auf das Bohrwerkzeug 2 die Rückstoßkräfte ein, die seine Bewegung nach jener Seite erzwingen, die der Vortriebsrichtung entgegengesetzt ist.

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 erfolgt 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.

Beim Rücklauf des Gehäuses 1 strebt der Helikoidalstab 20 danach, die Mutter 21 zu drehen (im Uhrzeigersinn in Fig.2). Die Richtung des Helikoidalgewindes und die Lage der Klinken 22 machen die Drehung der Mutter 21 in der erwähnten Richtung unmöglich. Infolgedessen dreht sich zusammen mit dem Stab 20 das ganze Gehäuse 1 mit dem Bohrwerkzeug 2 bezüglich der in der Bohrung unbeweglichen Abstüt-

zung 10, der Hülse 16 und der Mutter 21.

Im Ergebnis dreht sich beim Rücklauf des Gehäuses 1 der Bohrmaschine das Bohrwerkzeug 2 unter der Einwirkung der Rückstoßkräfte um einen bestimmten Winkel. Diese Drehung, erfolgt beim Ablösen des Bohrwerkzeuges von der Bohrlochsohle, was diese Drehung und somit das Umsetzen des Bohrwerkzeuges 2 beträchtlich erleichtert.

Die Vorwärtsbewegung der Maschine in der Bohrung erfolgt dank Anschlagens des Bundes 24 des Gehäuses 1 gegen den Bund 23 der Hülse 16. Hierbei übersteigen die Kräfte, die auf die Hülse 16 und die Abstützung 10 wirken, die Reibungskräfte erheblich, die von der Abstützung 10 erzeugt werden. Diese Vorwärtsbewegung der Maschine ist bei der Vorwärtsbewegung des Gehäuses 1 in der Hülse 16 dank Ausbohrens des Gesteins der Bohrlochsohle H mit dem Bohrwerkzeug 2 möglich. Auf diese Weise wird die Energie des Schlages, der vom Schlagkolben 3 auf das vordere Teil des Gehäuses 1 ausgeführt wird, zur Zerstörung des Gesteines der Bohrlochsohle und Vorwärtsbewegung der Maschine in der Bohrung genutzt.

Die vorgeschlagene Maschine gewährleistet das Ausführen der schlagend-umsetzenden Bohrung von festen Gesteinen unter Ausnutzung der Rückstoßkräfte zum Umsetzen des gesteinszerstörenden Bohrwerkzeugs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine mit einer Abstützvorrichtung zum Festhalten der Maschine gegen Rückstoß- und Drelhkräfte, mit einem im Maschinengehäuse angeordneten frei fliegenden Kolben, durch den ein mit dem Vorderteil des Maschinengehäuses verbundenes Bohrwerkzeug beaufschlagbar ist, mit einer Vorrichtung zum Umsetzen des Bohrwerkzeuges in Form einer Drallnutenverbindung, welche aus einem Drallstab und einer Drallmutter besteht, mit einer Freilaufkupplung, deren bewegliches Teil einstückig mit . Drallstab oder Drallmutter ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Austragen des Bohrkleins aus dem Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (16) vorgesehen ist, in welcher das hintere Teil (15) des Maschinengehäuses (1) drehbar und axial verschieblich geführt sowie die Vorrichtung (17) zum Umsetzen des Bohrwerkzeuges (2) angeordnet ist, wobei der Drallstab (20) am hinteren Teil (15) des Maschinengehäuses (II) und die Drallmutter (21) an der Hülse (16) befestigt sind und das Bohrwerkzeug (2) starr mit dem Vorderteil (7) des Maschinengehäuses (1) verbunden ist.