DE2551303B2

DE2551303B2 - Druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine

Info

Publication number: DE2551303B2
Application number: DE2551303A
Authority: DE
Inventors: Veniamin V. Kamenskij; Boris V. Nazarov; Boris V. Sudnischnikov; Sergej K. Tupicyn; Eduard P. Varnello
Original assignee: INSTITUT GORNOGO DELA SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJETUNION)
Current assignee: INSTITUT GORNOGO DELA SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSR NOWOSIBIRSK (SOWJETUNION)
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2333118A1; DE2551303C3; DE2551303A1; FR2333118B1; US4209070A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine, mit einer Abstützvorrichtung zum Festhalten der Maschine gegen Rückstoß und Drehkräfte, einem im Maschinengehäuse angeord neten freifliegenden Kolben, durch den ein mit seinem Schaft im Vorderteil des Maschinengehäuses angeordnetes Bohrwerkzeug beaufschlagbar ist, einer Vorrichtung zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs in Form einer Drallnutenverbindung, welche aus einem Drallstab und einer Drallmutter besteht, einer Freilaufkupplung, deren bewegliches Teil einstückig mit Drallstab oder Drallmutter ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Austragen des Bohrkleins aus dem Bohrloch. Bei einer bekannten druckluftbetriebenen Tiefloch- Schlagbohrmaschine dieser Art wie sie im SU-Erfinder schein 1 15474 beschrieben ist, erfolgt das Umsetzen durch einen Teil der vom Schlagkörper gelieferten Energie. In der DE-PS 61 736 ist die Verwendung mechani scher Federn als Rückholeinrichtung bei einer Schlag bohrmaschine mit Umsetzeinrichtung für das Bohrwerkzeug beschrieben, und aus der FR-PS 9 81 770 ist eine Rückholeinrichtung bekannt welche mit einer vom Schlagkolben gesteuerten Luftfeder arbeitet.

t>5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer druckluftbetriebenen Tiefloch-Schlagbohrmaschine der eingangs erwähnten Art die Zwangsrückführung des Werkzeuges von der Bohrlochsohle bei im Bohrloch

starr gehaltenen Gehäuse so zu bewirken, daß mit nur geringem Drehmoment eine Drehung des Werkzeuges um die Längsachse sichergestellt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Umsetzvorrichtung zwischen dem Schaft des Arbeitswerkzeuges und dem Gehäuse engeordnet sowie durch die Rückbewegung einer selbstgesteuerten, pneumatisch beaufschlagten Einrichtung betätigbar ist, durch welche das Werkzeug nach jedem Schlag in eine von der Bohrlochsohle beabstandete Position zurückführbar ist

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Rückführeinrichtung für das Arbeitswerkzeug einen Kolben, welcher am Schaft des Arbeitswerkzeuges zwischen dem Schlagorgan und dem vorderen Boden des Gehäuses angebracht ist, einen Hohlraum, der sich zwischen dem Kolben und dem vorderen Boden des Gehäuses befindet, und ein federndes Element besitzt, welches in diesem Hohlraum untergebracht ist und mit dem Kolben zusammenwirkt Vorzugsweise ist das federnde Element ein Stoßdämpfer. Weiter ist es vorteilhaft wenn der Hohlraum der Rückführeinrichtung mittels eines Kanals mit einer Preßluftquelle in Verbindung steht und al?. Luftpuffer ausgebildet ist

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung besteht gemäß der Erfindung darin, daß die kinematische Verbindung der Rückführeinrichtung mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug Helikoidalgewinde an der Außenfläche des Schaftes des Arbeitswerkzeuges und an der Innenfläche der beweglichen Fassung der als selbstgesteuerte Kupplung ausgebildeten Umsetzvorrichtung umfaßt deren Teile einen Helikoidaltrieb bilden, der aus einem helikoidalen Stab in Form des Schaftes und aus einer helikoidalen Mutter in Form der Fassung besteht Dabei ist es vorteilhaft wenn zur Fixierung des Umsetzwinkels des Arbeitswerkzeuges an der dem Schlagorgan zugekehrten Stirnfläche der helikoidalen Mutter und im Gehäuse der Maschine Kegelflächen ausgebildet sind, wobei die Mutter und das Gehäuse eine selbstgesteuerte Friktions-Kege'kupplung bilden und zwischen der Mutter und dem vorderen Boden des Gehäuses der Maschine eine Abschlußvorrichtung angeordnet ist. Die Abschlußvorrichtung ist vorzugsweise ein federndes Element.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht gemäß der Erfindung darin, daß an den einander zugekehrten Stirnflächen des Kolbens der Rückführeinrichtung und der beweglichen Fassung der als selbstgesteuerte Kupplung ausgebildeten Umsetzvorrichtung Profilvorsprünge ausgebildet sind, wobei der als Luftpuffer vorgesehene Hohlraum von dem Gehäuse der Maschine und den Stirnflächen des Kolbens und der beweglichen Fassung der selbstgesteuerten Kupplung gebildet sowie die kinematische Verbindung der Rückführeinrichtung mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug mittels Zugstangen hergestellt ist welche mit den Vorsprüngen des Kolbens und der beweglichen Fassung gelenkig verbunden sind, wobei sich die Zugstangen beim unmittelbaren Kontakt der Stirnflächen des Kolbens und der beweglichen Fassung in einer Ebene befinden, die zur Längsachse des Afbeitswefkzeüges senkrecht steht; vorzugsweise sind Zugstangen in Form von federnden Elementen ausgebildet.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn im Gehäuse der Maschine eine öffnung ausgeführt ist, welche den als Luftpuffer vorgesenenen Hohlraum der Rückführeinrichtung bei der Rückb wegung des Arbeitswerkzeuges mit der Atmosphäre periodisch in Verbindung setzt und wenn am Schaft des Arbeitswerkzeuges zwischen der Stirnwand des Gehäuses und dem Kopf des Arbeitswerkzeuges ein Stoßdämpfer angeordnet ist Dadurch, daß bei der erfjndungsgemäßen druckluftbetriebenen Tieflochschlagbohrmaschine die Schlagleistung des Kolbens voll zur Ausübung der Schläge verwendet werden kann, wird eine erhöhte Schlagleistung erzielt und gleichzeitig sind die Widerstandskräfte

ίο gegen die Umsetzung des Arbeitswerkzeuges im Bohrloch erheblich vermindert

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Iu den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine im Längsschnitt F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in F i g. 1, Fig.4 eine Ausführungsvariante der Rückführein richtung mit Verwendung einer selbstgesteuerten Friktionskegelkupplung im Längsschnitt

F i g. 5 eine als Stoßdämpfer wirkende Abschlußvorrichtung für die in F i g. 4 dargestellte Rückführungseinrichtung im Längsschnitt

Fig.6 eine Ausführungsvariante der Rückführeinrichtung, bei welcher in der Umsetzungsvorrichtung Zugstangen verwendet werden, im Längsschnitt F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VH-VH in F i g. 6, F i g. 8 einen Schnitt nach Linie VHI-VIH in F i g. 6,

F i g. 9 einen Schnitt nach Linie IX-IX in F i g. 6 und

F i g. 10 die Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen druckluftbetriebenen Tiefloch-Schlagbohrmaschine während der Arbeit

Die in den Fig. 1 bis 10 dargestellte druckluftbetrie-

bene Tieflochschlagbohrmaschine stellt ein Gerät mit Eigenbewegung dar, welches eine Reihe von miteinander zusammenwirkenden Mechanismen enthält die in einem gemeinsamen Gehäuse 1 (Fig. 1) untergebracht sind.

Der Hauptbestandteil der Maschine ist das Druckluft-Schlagwerk, dessen Schlagorgan 2 innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und den Innenraum des Gehäuses in einen vorderen Arbeitsraum 3 und einen hinteren Arbeitsraum 4 unterteilt Für die lastverteilung sorgt das Schlagorgan 2, in dessen Innerem zu diesem Zweck Ringeindrehungen S und 6 ausjcführt sind, die mittels Kanälen 7 und 8 im Schlagorgan 2 jeweils mit dem vorderen Arbeitsraum 3 und dem hinteren Arbeitsraum 4 in Verbindung stehen.

Die Preßluft wird von einer Preßluftquelle — einem nicht dargestellten Kompressor — über einen Luftzuführungsschlauch 9 den Eindrehungen S und 6 durch eine öffnung 10 in der Wand eines Stutzens 11 zugeleitet welcher im oberen Teil des Gehäuses 1 befestigt ist Der Stutzen 11 besitzt einen Innenkanal 12, der mit der Preßluftquelle mittels des Schläuche 9 ständig in Verbindung steht. Zum Auspuff dtT Abluft aus dem vorderen Arbeitsraum 3 ist in der Seitenwandung des Gehäuses ein Fenster 13 ausgeführt während zum

eo Auspuff der Luf' aus dem hinteren Arbeitsraum ein Fenster 14 vorgesehen ist

Im vorderen Teil des Gehäuses 1 ist eine UfflSetZVörrichtung montiert, die mit einer Rückführeinrichtung und dem Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 vereinigt ist.

Die Um«etzvorr>htung für das Arbeitswerkzeug 16 stellt einen Helikoidaltrieb dar, in welchem als helikoidaler Stab der Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16

auftritt, während die heükoidale Mutter 17 außer ihrer direkten Zweckbestimmung die Funktion der beweglichen Fassung einer selbstgesteuerten Freilaufkupplung erfüllt, die bei der Ausführung von Leer- und Arbeitsgängen durch das Schlagorgan 2 die Übertragung des Drehmomentes zum Arbeitswerkzeug 16 nur in einer Drehrichtung desselben gewährleistet.

Die Rückführeinrichtung, die in mehreren Varianten ausgeführt werden kann, dient zum garantierten Rückzug des Arbeitswerkzeugs 16 von der Bohrlochsohle nach dem Ausführen eines Schlages gegen dasselbe durch das Schlagorgan 2. Sie enthält einen Kolben 18, der innerhalb des Gehäuses 1 am Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 längsverschiebbar und drehbar in bezug auf das Gehäuse 1 angeordnet ist. Hierbei erfüllt der Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 in diesem Fall auch noch die Funktion der Stange des Kolbens 18. Außerdem besitzt die Rückführeinrichtung einen kurbelseitigen Ringraum 19. der durch den Kolben 18. die Wandung des Gehäuses 1, die Seitenfläche des Schaftes 15 des Arbeitswerkzeugs 16 und den vorderen Böden 20 des Gehäuses 1 begrenzt ist. Die Elemente der Rückführeinrichtung sind auch ein Kanal 21, der im oberen Teil des Schaftes 15 des Arbeitswerkzeugs 16 ausgeführt ist, und eine in der Wandung des Gehäuses 1 ausgeführte öffnung 22. Der Kanal 21 verbindet den kurbelseitigen Ringraum 19 ständig mit der Preßluftquelle, während die öffnung 22 den Ringraum 19 mit der Atmosphäre bei der Bewegung des Arbeitswerkzeugs

16 von der Bohrlochsohle weg periodisch in Verbindung setzt.

Die Kopplung des Kolbens 18 und des Schaftes 15 des Arbeitswerkzeugs 16 mit dem Gehäuse sowie auch die Kopplung des Kolbens 18 mit dem Stutzen 11 sind derart ausgeführt, daß wesentliche Überströmungen der Preßluft aus dem kurbelseitigen Ringraum 19 in den Arbeitsraum 3 verhindert sowie ein wesentliches Entweichen der Preßluft in die Atmosphäre bei der überdeckten öffnung 22 vermieden werden.

Im Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 ist ein axialer Kanal 23 ausgeführt, welcher für die Preßluftzufuhr zur Bohrlochsohle zwecks Ausblasens derselben und Austragens von Schlamm von der Bohrlochsohle dient. Der Kanal ist mit der Preßluftquelle über den Stutzen It ständig verbunden.

Die selbstgesteuerte Freilaufkupplung besteht aus einer beweglichen Fassung, die die heükoidale Mutter

17 darstellt, aus Rollen 24 und einer feststenden äußeren Fassung, als welche in dem vorliegenden Fall das Gehäuse 1 auftritt

Um die Rückwärtsverschiebung der Maschine beim Bohren unter der Einwirkung der Rückstoßkräfte und ihre Drehung um die eigene Achse zu verhindern, ist am Schwanzende des Gehäuses 1 eine Bremseinrichtung ausgeführt die ein elastisches rohrförmiges Element 25 (F i g. 2) enthält welches an der Außenfläche Vorsprünge 26 aufweist Im Querschnitt besitzt das elastische rohrförmige Element 25 eine oval ausgebildete öffnung 27, die mit der Preßhiftquelle über den Schlauch 9 ständig in Verbindung steht Hierbei befinden sich die Abschnitte des Ovals mit größeren Krümmungsradien gegenüber den Vorsprüngen 26. An den peripheren Außenflächen der Vorsprünge 26 sind Bremsbacken 28 angebracht die hohe Friktionseigenschaften besitzen und gegen abreibende Abnutzung beständig sind.

Zwischen dem Gehäuse ί und dem Kopf des Arbeitswerkzeugs 18 ist an dessen Schaft 15 ein Stoßdämpfer 28a angeordnet der beispielsweise als ein

Satz von metallischen Ringplatten ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäße druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine, dargestellt in F i g. 1 bis 3, arbeitet mit Eigenbewegung in folgender Weise: -, Beim Anschluß des Luftzuführungsschlauch^ 9 (F i g. 1) an die Preßluftquelle gelangt die Preßluft in die Maschine über den Hohlraum 27 des rohrförmigen Elementes 25 und den Kanal 12 des Stutzens 11. Die ovale öffnung 27 ist unter der Einwirkung des

ίο Preßlufldrucks bestrebt, die Form eines Kreises anzunehmen, und die Vorsprünge 26 mit den Bremsbakken 28 werden an die Wand des Startrohres oder an die Wand des vorgebohrten Bohrlochs angedrückt. Dies erzeugt zwischen dem Bremsbacken 28 und der Bohrlochwand eine Reibungskraft, welche die Maschine während ihrer Arbeit im Bohrloch hält.

Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Öffnung 10 des Stutzens II, die Ringeindrehung 5 und den Kanal 7 im Schlagorgan 2 der Zutritt der Preßluft in den Arbeitsraum 3 freigegeben, während das Auspuffenster 14 den Arbeitsraum 4 mit der Atmosphäre in Verbindung setzt.

Gleichzeitig mit der Preßluftzufuhr in den Arbeitsraum 3 gelangt die Preßluft durch den Kanal 12 des

Stutzen 11 und den Kanal 11 im Kolben 18 in den Ringraum 19, in welchem sie auf die vordere Fläche des Kolbens 18 einwirkt. Hierbei wird das Arbeitswerkzeug

16 in seine hintere Endstellung gebracht

Da hierbei eine Druckdifferenz in den Arbeitsräumen

jo 3 und 4 erzeugt wird, beginnt das Schlagorgan 2 sich nach der Seite i'.u bewegen, die der Vortriebsrichtung des Bohrlochs entgegengesetzt ist (Rückwärtsgang). Am Ende des Rückwärtsgangs wird die Eindrehung 6 mit der öffnung 10 des Stutzens 11 verbunden sein, und in den Arbeitsraum 4 wird durch den Kanal 8 die Preßluft einströmen. Zur selben Zeit wird auch das Fenster 13 geöffnet, durch welches die abgearbeitete Preßluft aus dem Arbeitsraum 3 in die Atmosphäre ausströmen wird, während das Fenster 14 durch das Schlagstück 2 überdeckt sein wird. Auf diese Weise werden die Bedingungen zur Ausführung des Hingangs durch das Schlagorgan 2 sichergestellt.

Infolge der Druckdifferenz in den Arbeitsräumen 3 und 4 findet der Hingang des Schlagorgans 2 statt bei dem es einen Schlag gegen den Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 ausübt an welchem der Kolben 18 angebracht ist. Das Arbeitswerkzeug 16 verschiebt sich zur Bohrlochsohle und zerstört das Gestein. Bei dieser Verschiebung des Arbeitswerkzeugs 16 dreht sich die bewegliche Fassung 17 der selbstgesteuerten Kupplung, die zugleich auch die Funktion der helikoidalen M-nter erfüllt, und behindert nicht die Längsverschiebung des Arbeitswerkzeugs 16, dessen Schaft 15 gleichzeitig die Funktion des helikoidalen Stabes erfüllt Die Preßluft die den Ringraum 19 gefüllt hat wird zusammengedrückt und von dem Kolben 18 teilweise über den Kanal 21 in den Kanal 23 verdrängt welcher am Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 angebracht ist Die Verdrängung der Preßluft aus dem Ringraum 19 erfolgt deshalb, weil hier die Größe ihres Druckes zu diesem Zeitpunkt die Größe des Druckes im Kanal 23 überschreitet da an den Kolben 18 die dynamische Beanspruchung mit großer Geschwindigkeit angelegt wird und dadurch das Volumen dieses Ringraumes 19 schnell abnimmt

Beim Rückzug des Schlagorgans 2 von dem Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 18 samt dein Kolben IS nach dem gegen diesen versetzten Schlag wirkt die im Ringraum 19 befindliche Preßluft auf die Fläche des Kolbens 18

ein. welcher in Verbindung mit dem Riicksprung des Arbeilswerk/eugs 16 von der Bohrlochsohle zuverlässig diis letztere in Richtung von der Bohrlochsohle weg verschieben wird.

Auf den Schaft 15 des Arbeitswerkzeug* 16 mit dem Kolben 18 schlagend einwirkend wirkt das .Schlagorgan 2 zur selben Zeit über den l.uftpuffer im Ringraum 19 au,'*'auf das Gehäuse 1 der Maschine schlagend ein und schiebt diese in Vortriebsrichtung des Bohrloches vor. wobei es die Reibungskräfte zwischen der Bohrlochwand und den Bremsbacken 28 (F" i g. 2) der Linrichlung überwindet, die beim Bohren die Rückwärtsverschiebung des Gehäuses und dessen Drehung verhindern.

Die bewegliche Fassung 17 (Fig. 3) der selbstgesteuerten Kupplung, in diesem Fall der Freilaufkupplung, die zugleich die Funktion der helikoidalcn Mutter erfüllt, wird bei der Bewegung des Arbeitswerkzeuge 16 von der Bohrlochsohle weg durch Rollen 24 festge-

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17 hat das Arbeitswerkzeug 16 die Möglichkeit, sich in dieser Fassung um einen vorgegebenen Winkel zu drehen. Die Bewegung des Arbeilswerkzeugs von der Bohrlochsohle weg erfolgt so lange, bis es einen im Maschinengehäuse ausgeführten Anschlag, beispielsweise den Stoßdämpfer 28a (F i g. I) erreicht hat. Da bei der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 16 sich auch der an ihm angebrachte Kolben 18 bewegt, nimmt das Volumen des kiirbelseitigen Ringraumes 19 zu, und in ihm stellt sich ein Preßluftdruck ein, der dem Druck im Kanal 23 gleich ist. Auf diese Weise ist das Ar', eitswcrkzeug 16 dazu vorbereitet, daß das Schlagorgan 2 einen nächstfolgenden Schlag gegen dasselbe ausübt. Des weiteren wiederholt sich der Arbeitszyklus der Maschine.

Falls im Gehäuse I die Öffnung 22(Fi g. I) ausgeführt ist, welche den Ringraum 19 periodisch mit der Atmosphäre in Verbindung setzt, wird sich die Arbeit der Rückführeinrichtung wenig von der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise derselben unterscheiden. Wenn sich der Schaft 15 des Arbeitswerkzeuges 10 mit dem Kolben 18 in der (in Richtung von der Bohrlochsohle weg) hinteren Endstellung befindet, verbindet die öffnung 22 den Ringraum 19 mit der Atmosphäre. Hierbei tritt ein Teil der Preßluft aus dem Ringraum 19 aus und nimmt an der Austragung der Zerstörungsprodukte von der Bohrlochsohle weg teil. Bei der Bewegung des Kolbens 18 zusammen mit dem Arbeitswerkzeug 16 zur Bohrlochsohle wird die Öffnung 22 durch die Seitenfläche des Kolbens 18 überdeckt, und der Druck im Ringraum 19 wächst an. Bei einer derartigen Arbeitsweise der Rückführeinrichtung vermindern sich die Verluste der Schlagenergie des Schlagorgans 2, die infolge der Kompression des recht steifen Luftpuffers im Ringraum 19 auftreten, welcher bei sehr geringen Spalten zwischen der Seitenfläche des Kolbens 18 und der Wandung des Gehäuses 1 und bei hohem Druck der von der Quelle zuströmenden Preßluft entsteht.

Falls im Ringraum 19 ein Stoßdämpfer 29 (Fig. 1) angeordnet wird, ausgebildet z. B. als ein Satz von metallischen Ringplatten, verändert sich die Arbeit der ganzen Maschine einschließlich der Rückführeinrichtung nicht. Das Vorhandensein des Stoßdämpfers 29 schließt harte Schläge des Kolbens gegen das Maschinengehäuse im Falle einer unzureichenden Steifigkeit des Luftpuffers im Ringraum 19 aus.

Wenn es erforderlich ist, einen genauen Umsetzwinkel des Arbeitswerkzeugs während des Arbeitszyklus

der Maschine einzuhalten, was die selbstgesteuerte Überholkupplung nicht immer gewährleistet, ist zweckmäßigerweise eine selbstgesteuerte Friktions-Kegelkupplung mit dynamischem Schließen und öffnen ihrer Kupplungshälften zu verwenden. Dazu sind in der auf Fig. 1—3 dargestellten Umsetzvorrichtung, die mit der Rückführeinrichtung vereinigt ist, an der dem Schlagorgan 2 zugekehrten Stirnfläche der beweglichen Fassung t7, die zugleich die helikoidale Mutter ist, und im Maschinengehäuse 1 Kegelflächen 30 bzw. 31 ausgeführt, vermittels derer die bewegliche Fassung 32 (Fig.4) der Kupplung und das Gehäuse 33 eine selbstgesteuerte Friktions-Kegelkupplung mit dynamischem Schließen und öffnen ihrer Kupplungshälften bilden. Zur Gewährleistung einer normalen Arbeit dieser Kupplung ist zwischen ihrer beweglichen Fassung 32 und dem vorderen Boden 20 des Gehäuses

33 eine Abschlußvorrichtung angeordnet, die in Form

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34 aus elastischem Material mit einer Scheibe 35 darstellt. Der Stoßdämpfer kann auch als Feder 36 (Fig.5)gestaltet sein.

Die Arbeit einer solchen Rückführeinrichtung, die mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug vereinigt ist. geht folgendermaßen vor sich. Beim Zusammenstoß des Schf.agorgans 2 (dessen Bewegung im Gehäuse 1 vorstehend an Hand der Fig. 1—3 beschrieben wurde) mit dem Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 verschiebt sich das letztere in Richtung zur Bohrlochsohle mit nachfolgendem Eindringen in das zu zerstörende Gestein. Als Resultat des Zusammenstoßes des Schlagorgans 2 mit dem Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 wird der Kontakt zwischen der Kegelfläche 31 des Gehäuses 33 und der Kegelfläche 30 der beweglichen Fassung32 der Friktionskupplung gestört.

Da das Trägheitsmoment der beweglichen Fassung 32 der Kupplung um ein Mehrfaches kleiner ist als das Trägheitsmoment des Arbeitswerkzeugs 16 samt dem Kolben 18. so dreht sich die bewegliche Fassung 32 um die Achse des sich in Längsrichtung verschiebenden Arbeitswerkzeugs 16. Beim Rückwärtsgang des Schlagorgans 2 verschiebt sich hinter ihm her auch das Arbeitswerkzeug 16 mit dem Kolben 18 unter Einwirkung seines Rücksprungs von der Bohrlochsohle und des im Ringraum 19 auf den Kolben 18 ausgeübten Preßluftdrucks. Hierbei vereinigen sich die Kegelfläche 31 des Gehäuses 33 und die Kegelfläche 30 der beweglichen Fassung 32 unter der Einwirkung der elastischen Kräfte des vorgepreßten Stoßdämpfers 34 (und gemäß Fig.5 unter der Einwirkung der vorgedrückten Feder 36). Bei der geschlossenen Lage der Friktions-Kegelkupplung wird das Arbeitswerkzeug 16 um einen vorgegebenen Winkel umgesetzt, der einem Arbeitszyklus der Maschine entspricht, während die bewegliche Fassung 32 in dieser Zeit unbeweglich ist.

Dank einem solchen Schluß der Kupplung wird das Arbeitswerkzeug 16 während aller nachfolgenden Arbeitszyklen periodisch um einen vorgegebenen Winkel nach derselben Seite umgesetzt.

Beim Herannahen des Kolbens 18 an dessen in bezug auf die Bohrlochsohle hintere Endstellung, die seinem Zusammenstoß mit dem Schlagorgan 2 vorangeht, öffnet sich die Auspufföffnung 22, und die Preßluft aus dem Ringraum 19 tritt in die Atmosphäre aus. Zu diesem Zeitpunkt wird das Arbeitswerkzeug 16 bereit sein, einen nachfolgenden Schlag vom Schlagorgan 2 aufzunehmen. Des weiteren wiederholt sich der Arbeitszyklus der beschriebenen Ausffihrungsvariante

der Rückführeinrichtung, die mit der Umselzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug vereinigt ist.

In den Fig. b —9 ist eine weitere Variante der Rückführeinrichtung dargestellt, die mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug vereinigt ist. Die kennzeichnende Besonderheit dieser Variante der Rückführeinrichtung ist, daß an den einander zugekehrten Stirnflächen Jes Kolbens 37 (Fig.6) und der beweglichen Fassung 38 der selbstges'.euerten Freilaufkupplung jeweils Profilvorsprünge 39 bzw. 40 ausgeführt sind, über welche der Kolben 37 und die bewegliche Fassung 38 vermittels Zugstangen 41 und 42 gelenkig miteinander verbunden sind. Beim unmittelbaren Kontakt der Stirnflächen des Kolbens 37 und der beweglichen Fassung 38 befinden sich die Zugstangen 41 und 42 in einer zur Längsachse des Arbeitswerkzeugs senkrechten Ebene. Da in diesem Fall die bewegliche Fassung 38 der selbstgesteuerten Freilaufkupplung sich gemäß den Arbeitsbedingungen sowohl um die eigene Achse als auch längs dieser Achse bewegt wird, sind f -ViseriCir scm Ocriausc ίί ύπα gct ■*sssüiig α snsiCüc der in einer anderen Ausführung verwendeten Rollen Kugeln 44 angeordnet, während zwischen der Fassung 38 und den vorderen Boden 20 des Gehäuses 43 ein Stoßdämpfer 45 angeordnet ist, welcher nach der Konstruktion dem Stoßdämpfer 29 (Fig. 1) ähnelt. Hierbei läßt die bewegliche Fassung 38 eine Längsverschiebung des Schaftes 15 des Arbeitswerkzeugs 16 zu, der in der Fassung 38 koaxial angeordnet ist Zum Unterschied von den früher beschriebenen Ausführungsvarianten der Maschine ist in diesem Fall der als Luftpuffer dienende Hohlraum 46 durch die Stirnflächen der beweglichen Fassung 38 und des Kolbens 37 sowie durch die Wandung des Gehäuses 43 gebildet.

Die mit der Umsetzvorrichtung vereinigte Rückführeinrichtung arbeitet nach dieser Ausführungsvariante folgendermaßen:

Bei der Preßluftzufuhr in die Maschine, die an Hand der Fig. t—3 eingehend beschrieben ist, gelangt die Preßluft über den Kanal 12 des Stutzens 11 und den Kanal 21 im Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 in den Hohlraum 46 (F i g. 6) und bildet dadurch den Luflpuffer. Unter Einwirkung des Preßluftdrucks im Hohlraum 46 verschiebt sich der Kolbm 37 nach der Seite des Schlagorgans 2. Hierbei bleibt die bewegliche Fassung 38 der Kupplung, die sich um die Achse der Maschine nur in einer Richtung drehen kann, unbeweglich, während das Arbeitswerkzeug 16 mit dem an ihm befestigten Kolben 18 sich um die eigene Achse dreht Das Arbeitswerkzeug 16 wird sich so lange drehen, bis es die hintere Endstellung in bezug auf die Bohrlochsohle beim Auftreffen auf den Wegbegrenzer, beispielsweise auf den Stoßdämpfer 28a, einnimmt In dieser Stellung verbleibt das Arbeitswerkzeug 16 bis zum Moment des Zusammenstoßes mit dem Schlagorgan 2. Beim Ausführen eines Schlages durch das Schlagorgan 2 gegen den Schaft 15 des Arbeitswerkzeugs 16 mit dem Kolben 18 verschiebt sich das Arbeitswerkzeug 16 nach der Seite der Bohrlochsohle und dringt in das zu zerstörende Gestein ein, während sich die Fassung 38 der Freilaufkupplung dreht weil ihr Trägheitsmoment in bezug auf die Achse der Maschine um ein Mehrfaches kleiner ist als das Trägheitsmoment des Arbeitswerkzeugs 16. Des weiteren wiederholt sich der beschnebene Arbeitszyklus.

Bei der Anordnung der Zugstangen 41 und 42 in der zur Achse des Arbeitswerkzeugs senkrechten Ebene (diese Lage ist in F i g. 6 gezeigt) sind die Bedingungen zur Umsetzung des Arbeitswerkzeugs am günstigsten, da hierbei das Drehmoment am Arbeitswerkzeug 16 den maximalen Wert besitzt und das Arbeitswerkzeug 16 bei dessen Rückzug von der Bohrlochsohle die ■-, kleinste Drehgeschwindigkeit hat.

Fig. 10 zeigt schematisch eine druckluftbetriebene Tiefloch-Schlagbohrmaschine 47 im Betrieb.

Die Maschine 47 er-.thält ein Schlagorgan 2, das mit der Umsetzvorrichtung 48 kinematisch nicht verbunden id ist, eine Rückführeinrichtung 49, die zum Rückzug des Arbeitswerkzeugs 10 von der Bohrlochsohle dient, eine Einrichtung 50, die beim Bohren die Rückwärtsverschiebung des Gehäuses und dessen Drehung verhindert und die am Schwanzende des Gehäuses 1 der Maschine angeordnet ist, einen Schlauch 9, welcher zur Preßluftzufuhr zur Maschine dient und diese mittels eines Ventils 51 mit einer Preßluftquelle 52 verbindet.

Vor Inbetriebsetzung der Maschine wird sie in einer Startvorrichtung untergebracht, die ein hohles Rohr 53 darstellen kann, dessen Innendurchmesser dem Arbeitsdurchrncsscr des Bohrlochs 54 gleich ist. Der Ringraürn 55 zwischen dem Maschinengehäuse und dem Bohrloch oder der Wandung des Rohres 53 dient als Kanal zum Austrag von Zerstörungsprodukten von der Bohrlochsohle 56.

Die Arbeit der Maschine geht in der folgenden Reihenfolge vor sich: Mit Hilfe des Ventils 51 wird die Preßluftquelle 52 mit dem Schlauch 9 verbunden, durch welchen die Preßluft die Einrichtung 50 durchströmt

jo und diese sofort in Betrieb setzt. Gleichzeitig strömt die Preßluft in einen der Arbeitsräume der Maschine und unter den Kolben der Rückführeinrichtung 49 ein und gelangt auch zum Ausblasen der Bohrlochsohle.

Unter Einwirkung des Preßluftdrucks im Arbeitsraum

j5 vollführt das Schlagorgan 2 eine hin- und hergehende Bewegung und versetzt Schläge gegen den Schaft des Arbeitswerkzeuges 16 sowie über den Luftpuffer und den Stoßdämpfer gegen das Gehäuse 1 der Maschine. Somit wird das Gehäuse 1 der Maschine, indem es Schläge vom Schlagorgan 2 aufnimmt, die Haftkräfle zwischen der Einrichtung 50 und der Bohrlochwand überwinden und sich in Richtung der Bohrlochsohle hinter dem Arbeitswerkzeug 16 her verschieben

Nachdem das Schlagorgan 2 einen Schlag gegen das Arbeitswerkzeug 16 versetzt hat, zieht die Rückführeinrichtung 49 das Arbeitswerkzeug 16 von der Bohrlochsohle 56 zurück.

Da die Rückführeinrichtung 49 kinematisch mit der Umsetzvorrichtung 48 vereinigt ist, wird das Arbeitsso werkzeug 16 gleichzeitig mit dem Rückzug von der Bohrlochsohle um einen vorgegebenen Winkel um die eigene Achse umgesetzt. Hierbei wird das Festklemmen des Arbeitswerkzeugs im Bohrloch ausgeschlossen und die Zuverlässigkeit der Maschine und die Betriebsdauer des Arbeitswerkzeugs erhöht

Die Zerstörungsprodukte werden von der Bohrlochsohle auf die Erdoberfläche mittels Preßluft durch den Ringraum 55 ausgetragen.
Beim Herausziehen der Maschine 47 aus dem

ω Bohrloch kann man eine der bekannten Varianten des Hubes derartiger Maschinen ausnutzen. Eine von ihnen ist ein Seil, das am Schwanzende des Gehäuses 1 festgemacht werden kann und an das eine Kraft auf der Erdoberfläche angelegt wird. Als eine andere Variante des Hubes kann eine im Gehäuse 1 eingebaute Reversiereinrichtung dienen, die weitgehend in derartigen Maschinen verwendet und in der Regel im Schwanzende der Maschine montiert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckluftbetriebene Tiefloch-SchJagbohrmaschjne, mit einer Abstützvorrichtung zum Festhalten der Maschine gegen Rückstoß und Drehkräfte, einem im Maschinengehäuse angeordneten freifließenden Kolben, durch den ein mit seinem Schaft im Vorderteil des Maschinengehäuses angeordnetes Bohrwerkzeug beaufschlagbar ist, einer Vorrichtung zum Umsetzen des Bohrwerkzeugs in Form einer Diallnutenverbindung, welche aus einem Drallstab und einer Drallmutter besteht, einer Freilaufkupplung, deren bewegliches Teil einstockig mit Drallstab oder Drallmutter ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Austragen des Bohrkleins aus dem Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzvorrichtung zwischen dem Schaft (18) des Arbeitswerkzeugs (16) und dem Gehäuse (1; 33; 43) angeordnet sowie durch die Rückbewegung einer selbstgesteuerten, pneumatisch beaufschlagte!) Einrichtung (49) betätigbar ist, durch welche das Werkzeug {16) nach jedem Schlag in eine von der Bohrlochsohle beabstandete Position zurückführbar ist

2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung für das Arbeitswerkzeug (16) einen Kolben (18), welcher am Schaft (15) des Arbeitswerkzeugs (16) zwischen dem Schlagorgan (2) und dem vorderen Boden (20) des Gehäuses (1; 33; 43) angebrecht ist, einen Hohlraum (19; 46), der sich zwischen dem Kolben (18) und dem vorderen Boden (20) des Gehäuses befindet, und ein federndes hlement besitzt, welches in diesem Hohlraum untergebracht ist und mit dem Kolben (18) zusammenwirkt.

3. Bohrmaschine nach Ä lspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element ein Stoßdämpfer (29) ist.

4. Bohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (19) der Rückführeinrichtung (49) mittels eines Kanals (21) mit einer Preßluftquelle in Verbindung steht und als Luftpuffer ausgebildet ist.

5. Bohrmaschine nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kinematische Verbindung der Rückführeinrichtung (49) mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug (16) Helikoidalgewinde an der Außenfläche des Schaftes (15) des Arbeitswerkzeuges (16) und an der innenfläche der beweglichen Fassung (17) der als selbstgesteuerte Kupplung ausgebildeten Umsetzvorrichtung umfaßt, deren Teile einen Helikoidal* trieb bilden, der aus einem helikoidalen Stab in Form des Schaftes (15) und aus einer helikoidalen Mutter in Form der Fassung (17) besteht.

6. Bohrmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Umsetzwinkels des Arbeitswerkzeugs (16) an der dem Schlagorgan (2) zugekehrten Stirnfläche der helikoidalen Mutter und im Gehäuse der Maschine Kegelflächen (30, 31) ausgebildet sind, wobei die Muffer und das Gehäuse (33) eine selbstgesteuert Friktions-Kegelkupplung bilden und zwischen der Mutter und dem vorderen Boden (20) des Gehäuses (33) der Maschine eine Abschlußvorrichtung angeordnet ist.

7. Bohrmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußvorrichtung ein

federndes Element ist

8. Bohrmaschine nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den einander zugekehrten Stirnflächen des Kolbens (37) der Rückführeinrichtung (49) und der beweglichen Fassung (38) der als selbstgesteuerte Kupplung ausgebildeten IJmsetzyprrichtung Profilvorsprünge (39, 40) ausgebildet sind, wobei der als Luftpuffer vorgesehene Hohlraum (46) von dem Gehäuse (43) der Maschine und den Stirnflächen des Kübens (37) und der beweglichen Fassung (38) der selbstgesteuerten Kupplung gebildet sowie die kinematische Verbindung der Rückführeinrichtung mit der Umsetzvorrichtung und dem Arbeitswerkzeug (16) mittels Zugstangen (41,42) hergestellt ist welche mit den Vorsprüngen (39, 40) des Kolbens (37) und der beweglichen Fassung (38) gelenkig verbunden sind, wobei sich die Zugstangen (41,42) beim unmittelbaren Kontakt der Stirnflächen des Kolbens (37) und der beweglichen Fassung (38) in einer Ebene befinden, die zur Längsachse des Arbeitswerkzeuges (16) senkrecht steht

9. Bohrmaschine nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Zugstangen (41,42) in Form von federnden Elementen ausgebildet sind.

10. Bohrmaschine nach den Ansprüchen 2,4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1; 33; 43) der Maschine eine öffnung (22) ausgeführt ist welche den als Luftpuffer vorgesehenen Hohlraum (19; 46) der Rückführeinrichtung (49) bei der Rückbewegung des Arbeitswerkzeuges (16) mit der Atmosphäre periodisch in Verbindung setzt

11. Bohrmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß am Schaft (15) des Arbeitswerkzeuges (16) zwischen der Stirnwand des Gehäuses (1; 33; 43) und dem Kopf des Arbeitswerkzeuges (16) ein Stoßdämpfer (2Sa) angeordnet ist