DE2617670B2 - Schmiervorrichtung für mit Druckluft betriebene Aggregate eines Gesteinsbohrgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung zur Versorgung einer Mehrzahl von mit Druckluft betriebenen Aggregaten eines Gesteinsbohrgeräts mit Schmieröl.

An einem Bohrgerät finden sich in der Regel eine Vielzahl von Druckluftverbrauchern unterschiedlicher Funktion, Größe, Betriebsdauer usw., die mit Schmieröl zu versorgen sind, welches in üblicher Weise der zu den Verbrauchern strömenden Druckluft beigefügt wird. Um die Schmierölzufuhr zu dosieren, ist es bekannt, (DE-OS 23 04 910), das Schmieröl durch ein Druckgefälle in der Druckluftleitung aus einem periodisch nachgefüllten Schmieröl-Zwischenspeicher abzuziehen, wobei während einer längeren Betriebsdauer jeweils nur vorübergehend während der periodischen Leerung des Zwischenspeichers geschmiert und in der übrigen Zeit der erzeugte Schmierfilm aufgebraucht wird. Dieses Schmiersystem arbeitet infolgedessen sehr ungleichmäßig.

Es ist auch schon bekannt, die Schmiermittel-Kolbenpumpe einer Gesteinsbohrmaschine mechanisch unmit-

telbar mit einem mit Druckluft betriebenen Kolbenmotor zu koppeln, dem Druckluft aus der Versorgungsleitung der Gesteinsbohrmaschine zugeführt wird. Der Motor beginnt deshalb automatisch zu laufen, sobald die Gesteinsbohrmaschine gestartet wird. Die Frequenz des Motors der bekannten Schmiereinrichtung wird durch eine einstellbare Drossel in der Druckluft-Versorgungsleitung des Motors verändert Da jedoch der Druck in der Druckluft-Versorgungsleitung einer auf einem Bohrgerät montierten Gesteinsbohrmaschine in aller Regel beträchtlich schwankt, wirken sich diese Druckänderungen auch am pneumatischen Hubkolbenmotor der Schmiereinrichtung aus, so daß auch in diesem Fall die Schmierung ungleichmäßig ist Es ist ferner ganz allgemein bekannt (DE-OS

23 14 111 und DE-GM 18 20661), eine durch einen pneumatischen Antriebszylinder erzeugte Bewegung eines Maschinenteiles in ihrer Geschwindigkeit dadurch zu steuern, daß mit dem Kolben des Antriebszylinders der Kolben eines hydraulischen Gegendruckzylinders

mit zu beiden Seiten seines Kolbens angeordneten Zylinderkammern gekoppelt wird, wobei dieser Kolben bei seiner Bewegung in jeder Richtung jeweils öl aus einer der Zylinderkammern über unterschiedliche Kanäle in die jeweils andere Zylinderkammer ver-

J5 drängt, und einer dieser Kanäle ein einstellbares Drosselventil enthält. Es handelt sich hierbei jedoch im Prinzip nur um eine reine Geschwindigkeitssteuerung einer bestimmten Bewegung, nicht aber um eine Frequenzsteuerung. Außerdem ergeben sich Ungleich-

mäßigkeiten dadurch, daß die Geschwindigkeit der hydraulisch gedämpften Bewegung nicht nur von der Einstellung des Drosselventils, sondern auch von dem in der Praxis oft stark schwankenden Druck der Druckluft abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste Schmiervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unabhängig von Druckschwankungen sehr genau gesteuert werden kann und gleichmäßig arbeitet.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mehrere als Kolbenpumpen ausgebildete Schmierölpumpen, die jeweils über eine Schmierölleitung an eines der Aggregate angeschlossen sind und einen gemeinsamen hin- und hergehenden Antrieb haben, dessen Frequenz mittels eines durckluftbetriebenen Oszillators steuerbar ist, welcher einen hin- und hergehenden Kolben aufweist, dessen Geschwindigkeit durch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung steuerbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen vereinfachten Schaltplan mit Druckluftversorgungsleitungen und Schmiermittelleitungen sowie einem Oszillator als Antrieb mehrerer Schmiermit- telpumpen für verschiedene Druckluftverbraucher einer Gesteinsbohrvorrichtung,

Fig.2 einen Schnitt nach Schnittlinie 2-2 in Fig. 1 durch eine Schmiermittel-Verdrängungspumpe und den

mechanisch mit dieser gekoppelten Oszillator,

Fig.3 einen Ausschnitt aus Fig.2 in größerem Maßstab,

Fig.4 einen Schnitt durch eines von mehreren in Fi g. 1 dargestellten Schmiermittel-Absperrventilen..

Fig.5 ein weiteres Ausführungibeispiel eines mit einer Schmiermittel-Verdrängungspumpe verbundenen Oszillator.

Der in Fig. 1 dargestellte Schaltplan enthält mehrere symbolisch dargestellte Druckluftverbraucher 11 — 16. Ihnen wird Druckluft zugeführt durch Versorgungsleitungen 17—22, an denen Steuerventile 23—28 angeordnet sind. Die Druckluftverbraucher 11 — 16 sind die verschiedenen mit Druckluft betriebenen Einrichtungen einer Gesteinsbohrvorrichtung. Es können beispielsweise die Motoren zur Bewegung des Bohrgerüsts durch 11, der Vorschubmotor für eine Gesteinsbohrmaschine durch 12, der Schlagmotor der Gesteinsbohrmaschine durch 13, der Drehantriebsmotor der Gesteinsbohrmaschine durch 14, ein Druckluftmotor zum Antrieb eines Generators durch 15 und ein Druckluftmotor zum Antrieb einer Hydraulikpumpe durch 16 symbolisiert sein. Fünf Schmierölpumpen 29—33 in Form von Kolbenpumpen werden durch eine gemeinsame Antriebseinrichtung 34 synchron angetrieben und versorgen Schmiermittelleitungen 35—39 mit öl. Jede der mit 36-39 bezeichneten Schmierniittelieitungen führt zu einer der Druckluft-Versorgungsleitungen 19—22. Die Schmierölleitung 35 gabelt sich jedoch in Zweigleitungen 40, 41, die zu den Druckluftleitungen 17 bzw. 18 führen. An jeder Druckluftieitung 36—39 und 40 rowie 41 befindet sich ein Absperrventil 42—47, welches normalerweise geschlossen ist, jedoch über eine später beschriebene Fühleinrichtung für den Druck in den Druckluftleitungen 17—22 verfügt und öffnet, sobald die zugehörige Leitung unter Druck gesetzt wird. An jeder Schmiermittelleitung 35—39 ist ein Rückschlagventil 48—52 angeordnet, die alle mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung mit einem daran angebrachten einstellbaren Überdruckventil 53 verbunden sind. Die Rückschlagventile 48—52 arbeiten somit als durch Gegendruck gesteuerte Überdruckventile, wobei der Gegendruck durch das gemeinsame Überdruckventil 53 bestimmt wird.

Eines der Absperrventile 42—47, nämlich das Ventil 47 ist in Fig.4 mit seinen wesentlichen Einzelheiten dargestellt. Es hat eine elastische Membran 54, z. B. aus Gummi, die mittels eines federbelasteten Kolbens 55 gegen einen ringförmigen Sitz 56 gedruckt wird. Der äußere Rand der Membran 54 wird durch eine Führungsbüchse 61 für den Kolben 55 dicht eingeklemmt. Die zur Vorspannung des Ventils benutzte Feder ist mit 57 bezeichnet. Die Schmierölleitung 39 mündet über einen Kanal 58 in der Mitte des ringförmigen Sitzes 56. Die Fläche der Mündungsöffnung im Sitz 56 ist so klein, daß der durch das Überdruckventil 53 bestimmte Öldruck, obgleich er wesentlich höher ist als der Druck der Druckluft, nicht ausreicht, um die Vorspannkraft der Feder 57 zu überwinden. Der Öldruck vermag also nicht die Membran 54 vom Sitz 56 abzuheben. Der Sitz ist jedoch umgeben von einer ringförmigen Kammer 59, die über einen Kanal 60 mit der Druckluftversorgungsleitung 22 in Verbindung steht. Die dem Druck in der Ringkammer 59 ausgesetzte Fläche der Membran 54 ist so groß gewählt, daß diese vom Sitz 56 abhebt, sobald die Druckluft-Versorgungsleitung 22 unter Druck gesetzt wird. Dann fließt Öl aus der Schmiermittelleitung 39 in die Druckluft-Versorgungsleitung 22. Das Absperrventil 47 wird selbsttätig wieder geschlossen, sobald das Steuerventil 28 an der Druckluft-Versorgungsleitung 22 geschlossen wird, und diese Leitung wird danach durch den Druckluftmotor 16 entlüftet. Die Membran 54 sollte von ihrem Sitz abheben, wenn der Druck in der Kammer 59 ungefähr 1 bar über Atmosphärendruck ansteigt, um für eine ausreichende Schmierung eines im Freilauf betriebenen Druckluftmotors zu sorgen. Es ist im Hinblick auf die Zuverlässigkeit ein. Vorteil, daß das Absperrventil 47 auf Druck und nicht ai'f den Druckluftstrom anspricht

Fig.2 zeigt die Schmiermittelpumpe 31 und die Antriebseinrichtung 34 im Längsschnitt Die Pumpe hat ein Gehäuse 92, welches einen Zylinder 63 bildet, sowie einen Kolben 64. öl wird zugeführt über eine Leitung 65 und über ein Rückschlagventil 66 in die Leitung 37 gedrückt Das Gehäuse der Antriebseinrichtung 34 ist durch eine Trennwand 67 in einen Druckluftzylinder 68 und einen Hydraulikzylinder 69 unterteilt Auf einer gemeinsamen Kolbenstange 70 sitzen im Druckluftzylinder ein Kolben 71 und im Hydraulikzylinder ein Kolben 72. Letzterer ist mit Durchgangsbohrungen 73 versehen, an denen ein gemeinsames Rückschlagventil in Form einer Scheibe 74 angebracht ist Außerdem stehen die beiden Kammern 75, 76 des Hydraulikzylinders 69 über eine Leitung mit einer einstellbaren Drossel 62 in Verbindung und bilden zusammen mit dieser eine Brems- bzw. Dämpfungseinrichtung.

Der Kolben /1 im Druckluftzylinder 68 trennt eine linke Zylinderkammer 77 von einer rechten Zylinderkammer 78. Die Kammer 77 erhält Druckluft über eine Versorgungsleitung 79. Wie am besten aus Fig.3 ersichtlich, hat der Kolben 71 drei axiale Durchgangsbohrungen, in denen drei Stangen 80 verschieblich geführt sind. Diese Stangen 80 verbinden zwei Endplatten 81, 82 miteinander. Die Stangen haben außerdem axiale Nuten 83. Der Kolben 71 ist mit drei Kanälen 84 versehen, die zu einem durch die

»o Kolbenstange 70 hindurch mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehenden Kanal 85 führen.

Die aus den Endplatten 81, 82 und den Stangen 80 bestehende Einheit ist relativ zum Kolben 71 begrenzt axial verschieblich. Sie bildet ein Umsteuerventil, welches den Kolben 71 und die Kolbenstange 70 bei Druckbeaufschlagung durch die Leitung 79 hin- und hergehen läßt. Der Kolben 71 steht dabei unter der Vorspannung einer mit Bezug auf Fig.2 und 3 nach links drückenden Rückstellfeder 86. Zur Veranschaulichung der Funktion sei angenommen, daß die Rückstellfeder 86 den Kolben 71, die Kolbenstange 70 und den Kolben 72 in die in F i g. 2 und 3 gezeigte linke Endstellung verschoben hat, die durch einen Anschlag 87, z. B. aus Gummi, bestimmt wird, gegen den die Endplatte 81 zur Anlage kommt. In dieser Stellung verschließen Dichtungsringe 88, welche auf den Stangen 80 sitzen, die Verbindung zwischen den Zylinderkammern 77 und 78 über die Längsniiten 83 in den Stangen 80, während gleichzeitig die Zylinderkammer 78 über die Kanäle 84,85 entlüftet wird. Daraufhin bewegt sich der Kolben 71 mit Bezug auf die Zeichnung nach rechts, und diese Bewegung wird mittels eines Hebels 89 auf die KrMben 64 der Verdrängerpumpen übertragen. Die Bewegung des Kolbens 71 nach rechts, d. h. der Arbeitshub, wird nicht gedämpft, denn das Rückschlagventil 74 am Kolben 72 des Hydraulikzylinders 69 ist dabei geöffnet. Am Ende des Arbeitshubs stößt die andere Endplatte 82 gegen einen ringförmigen An-

schlag 90 aus Gummi, Dichtungselemente 91 verschließen die Kanäle 84, und gleichzeitig werden die Längsnuten 83 geöffnet, so daß zwischen der Zylinderkammer 78 und der ständig unter Druck stehenden Zylinderkammer 77 ein Druckausgleich erfolgt. Daraufhin drückt die Rückstellfeder 86 den Kolben 71 wieder in die in F i g. 2 und 3 gezeigte linke Endstellung zurück, und ein neuer Arbeitszyklus kann beginnen. Während des Rückhubs wird die Geschwindigkeit des Kolbens 71 durch die hydraulische Bremseinrichtung, zu welcher die einstellbare Drossel 62 gehört, gebremst. Die Kolben 64 der Verdrängerpumpen folgen dem Kolben 71 bei dessen Rückhub, weil der Druck in der Ölversorgungsleitung 65 auf eine Ringschulter 92 an den Kolben wirkt.

Es ist ersichtlich, daß die Frequenz der Pumpen in einfacher Weise an der Drossel 62 der Bremseinrichtung eingestellt werden kann. Da diese Drossel die Kolbengeschwindigkeit bei dem durch die Rückstellfeder 86 bewirkten Rückhub steuert, ist die Zeitdauer eines Rückhubs unabhängig von Druckänderungen der Druckluft. Der Arbeitshub des Kolbens 71 wird durch die hydraulische Dämpfungseinrichtung mit der Drossel 62 nicht beeinflußt, so daß die Kolbengeschwindigkeit während des Arbeitshubs vom Druck der Druckluft abhängt. Druckänderungen haben jedoch auf die Frequenz der Antriebseinrichtung 34 nur geringfügige Auswirkungen, da der Arbeitshub normalerweise mehrmals so schnell ist wie der durch die hydraulische Dämpfungseinrichtung gebremste Rückhub. Insgesamt läßt sich feststellen, daß die Antriebseinrichtung 34 ein justierbarer Oszillator ist, dessen Frequenz nur in vernachlässigbarem Maße durch Änderungen des Drucks der zum Antrieb benutzten Druckluft beeinflußt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine Frequenz von mehr als ungefähr zehn Pumpen-Arbeitshüben pro Minute vorteilhaft ist. Bei niedrigeren Frequenzen muß die Ölförderung vergrößert werden, um eine ausreichende Schmierung zu erhalten. Vorzugsweise werden die Pumpen so ausgelegt, daß die Frequenz über 0,5 Hz liegen kann, wenn Gesteinsbohrmaschinen geschmiert werden sollen.

Bei dem als Beispiel genannten Bohrgerüst wird die Antriebseinrichtung 34 vorzugsweise so angeschlossen, daß sie ihre hin- und hergehende Bewegung beginnt, sobald das nicht dargestellte Hauptventil in der Versorgungsleitung geöffnet wird. Dies bedeutet, daß die fünf Pumpen 29—33 ebenfalls sofort und synchron zu arbeiten beginnen und dann kontinuierlich öl in die Leitungen 35—39 fördern. Die jeweils pro Zeiteinheit geförderte ölmenge wird bestimmt durch die Frequenz des Oszillators 34, wobei das Schmiermittel zunächst noch durch die Überdruckventile 48—52 und das gemeinsame Überdruckventil 53 zum Vorrat zurückfließt, solange die Ventile 42—47 noch nicht geöffnet sind. Der durch das Überdruckventil 53 bestimmte Öldruck sollte größer sein als der Druck der Druckluft, vorzugsweise mehrere bar höher als letzterer.

Der Motor 11 zur Bewegung des Bohrgerüsts und der Vorschubmotor 12 zum Verschieben der Gesteinsbohrmaschine längs ihrer Führung können an dieselbe Pumpe 29 angeschlossen sein, ohne daß dies mit Nachteilen verbunden wäre, denn diese Motoren werden niemals gleichzeitig benutzt. Die Pumpe 29 kann deshalb als zugehörig sowohl zum Motor 11 als auch zum Vorschubmotor 12 angesehen werden, jedoch nicht zu beiden Motoren gleichzeitig. Die verschiedenen Pumpen können durch verschiedene Zylinderdurchmesser und Kolbenlängen unterschiedliche Kapazitäten haben.

Die mit einer automatischen Umsteuerung versehene oszillierende Antriebseinrichtung 34 muß nicht unbedingt über eine mechanische Verbindung die Pumpen 29—33 antreiben, wie es gezeigt ist, sondern die letzteren könnten auch durch einen einfachen, mit Druckluft betriebenen Membranmotor oder Druckluftzylinder betrieben werden, der durch ein Ventil gesteuert wird, welches seinerseits durch den Oszillator gesteuert wird, indem dieser das Ventil umschaltet. Für manche Zwecke erscheint auch ein kombiniertes System vorteilhaft, wobei die Antriebseinrichtung 34 auf mechanischem Wege, wie oben beschrieben, z. B. fünf Pumpen antreibt, zusätzlich aber auch noch ein Steuerventil umschaltet, welches einen oder mehrere Druckluftzylinder steuert, von denen jeder eine Gruppe von Pumpen antreibt.

In Fig.5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines unmittelbar mit einer Schmiermittel-Verdrängerpumpe verbundenen Oszillator dargestellt, wobei wegen der Analogie sinngemäß mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmende Details mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Die Ausführung nach F i g. 5 ist gleichfalls geeignet für eine mit Druckluft betriebene Einrichtung gemäß F i g. 1. Dabei wird dem in F i g. 5 mit 100 symbolisierten Schlagmotor des Bohrmeißels die Druckluft über ein Steuerventil 102 und einen Druckluftkanal 101 zugeführt. Die Schmierölzuführung erfolgt über eine Leitung 103, die im Beispielsfall im Druckluftkanal 101 mündet, alternativ aber auch unmittelbar zu den Schmierstellen führen könnte. Im Oszillator ist die Zylinderkammer 78 ständig entlüftet, während die Zylinderkammer 77 abwechselnd über ein mit dem Druckluftkanal 101 verbundenes Ventil 104 mit Druckluft beaufschlagt und entlüftet wird. Ein Vorsteuerventil 105 bewirkt pneumatisch die Umschaltung des Ventils 104. Das Vorsteuerventil 105 ist durch eine Kupplung 106,107 mechanisch mit der Kolbenstange 70 verbunden und wird durch diese umgeschaltet. Die Kupplung 106,107 besteht aus einem mit der Kolbenstange 70 verbundenen Kupplungsteil 106 und einem mit dem Ventilkörper des Ventils 105 verbundenen Kupplungsteil 107. Zwischen den beiden Kupplungsteilen 106, 107 besteht ein bestimmtes axiales Spiel, durch das erreicht wird, daß das Vorsteuerventil 105 umgeschaltet wird, wenn sich die Kolbenstange 70 ihren Endstellungen nähert. Ein Absperrventil in der Schmiermittelleitung 103 kann bei der Ausführung nach Fig.5 entfallen, da der Oszillator gleichzeitig mit dem Schlagmotor des Bohrmeißels anläuft und anhält Auch die Hebelübertragung zwischen dem Oszillator und dem Kolben 64 der Pumpen entfällt bei diesem AusführungsbeispieL da der Kolben 64 der Schmiermittelpumpe unmittelbar mit der Kolbenstange 70 des Oszillators verbunden ist

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schmiervorrichtung zur Versorgung einer Mehrzahl von mit Druckluft betriebenen Aggregaten eines Gesteinsbohrgeräts mit Schmieröl, gekennzeichnet, durch mehrere als Kolbenpumpen ausgebildete Schmierölpumpen (29—33), die jeweils Ober eine Schmierölleitung (35—39) an eines der Aggregate angeschlossen sind und einen gemeinsamen hin- und hergehenden Antrieb (34) haben, dessen Frequenz mittels eines durchluftbetriebenen Oszillators steuerbar ist, weicher einen hin- und hergehenden Kolben (71) aufweist, dessen Geschwindigkeit durch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung steuerbar ist

2. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (71) während des Arbeitshubs einseitig mit Druckluft beaufschlagbar und gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (86) verschieblich ist, und daß mittels eines Umsteuerventils zum Rückhub Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Kolbens (71) herstellbar ist

3. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Dämpfungseinrichtung vom Schmiermittelkreislauf getrennt ist.

4. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator als Steuereinheit für ein Steuerventil ausgebildet ist, welches seinerseits einen oder mehrere Druckluftzylinder steuert, die als Antriebszylinder für die Schmiermittel-Verdrängerpumpen vorgesehen sind.

5. Schmiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Druckluft beaufschlagte Kolben (71) des Oszillators über eine mechanische Koppelung mit dem Kolben (64) der Verdrängerpumpe verbunden ist.

6. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Dämpfungseinrichtung aus einer Kolben-Zylindereinheit (72,69) besteht, deren durch den Kolben (72) getrennte Zylinderkammern (75, 76) über ein während des Arbeitshubs öffnendes Rückschlagventil und parallel dazu über eine einstellbare Drossel (62) verbunden sind.

7. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Dämpfungseinrichtung auf eine wenigstens zweimal solange andauernde Zeitspanne des gebremsten Rückhubs gegenüber der Zeitdauer des ungebremsten Arbeitshubs ausgelegt ist.