DE2732163A1

DE2732163A1 - Vorrichtung zum bohren quadratischer loecher

Info

Publication number: DE2732163A1
Application number: DE19772732163
Authority: DE
Inventors: Gerald G Gore; Jerome Allen Gunn; Roger James Morrell
Original assignee: US Department of Commerce
Current assignee: US Department of Commerce
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2358540A1; PL199630A1; US4074778A; GB1553467A; JPS5328001A; FR2358540B3; IN147530B; PL109836B1

Description

United States Department of Commerce, 425 Thirteenth Street M.W., Washington, D.C., (V.St.A.)

Vorrichtung zum Bohren quadratischer Löcher

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren quadratischer Löcher.

Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung zum Bohren quadratischer Löcher, wobei das Bohren derartiger Löcher durch die Konfiguration des Schneidkopfes und des damit kombinierten Getriebezuges ermöglicht wird.

Vorrichtungen zum Bohren quadratischer Löcher, bei denen ein Schneidkopf verwendet wird, der auf der Reuleaux-DreiecJT-Konfiguration basiert, sind bekannt. Eine gute Erläuterung der Eigenschaften des Reuleaux-Dreiecks findet sich in

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Tricgr.

BOEHMERT & fiOEHMSRT

einem Artikel aus Scientific American magazine aus Februar 1963, beginnend auf Seite 148, wobei der Artikel den Titel hat "Curves of constant width, one of which makes it possible to drill square holes". Der Artikel ist durch Martin Gardner verfaßt. In der Patentliteratur finden sich die besten Erläuterungen in den US-Patentschriften 2 586 bzw.1 241 176. In jeder dieser Druckschriften ist beschrieben, in welcher Weise die Drehung des Reuleaux-Dreieck-Schneidkopfes durch einen reinen Drehantrieb mit Quadratführung für den Kopf und eine Schwimmkulisse für seine Antriebswelle erfolgt.

Bei den bekannten Vorrichtungen zum Bohren quadratischer Löcher finden sich bestimmte Nachteile sowie Beschränkungen in ihrer Anwendbarkeit. Die meisten dieser Nachteile lassen sich darauf zurückführen, daß kein positiver, stabiler Antrieb für den Schneidkopf vorgesehen ist. Wenn ein Führungsrohr für ein quadratisches Loch oder eine andere Rückhalteeinrichtung verwendet werden muß, um eine gewünschte, präzise Bewegung des Schneidkopfes: zu ermöglichen, so ist ein zusätzliches Vorrichtungsteil nahe der Schneidfläche erforderlich, welches die Möglichkeit der Anwendung eindämmen kann, insbesondere dann, wenn es sich, wie im Bergbau, um das Bohren weiter und tiefer Löcher handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in einem weiten Anwendungsbereich einsetzbar ist und eine zuverlässige Wirkungsweise gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch a) einen drehbaren Schneidkopf,der entlang wenigstens eines Teiles seines ümfanges der zu schneidenden Fläche zugewandte Bohr-Schneidflächen aufweist, wobei der Umfang des Schneidkopfes

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derart geformt ist, daß die äußersten Schneidflächen die Scheitelpunkte eines Reuleaux-Dreiecks einschließen; b) ein mit dem Schneidkopf verbundenes, dessen Rotation bewirkendes Zahngetriebe, welches ein stationäres erstes Zahnrad aufweist, welches kontinuierlich mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das sich entlang des ersten Zahnrades in einer zur Drehrichtung des Schneidkopfes entgegengesetzten Richtung dreht, wobei das zweite Zahnrad durch eine Ausgangswelle, die an einer seiner Seiten angebracht ist, so gedreht wird, daß es sich im Gleichgang mit dem Schneidkopf dreht; und c) einen exzentrischen Antrieb, der mit der anderen Seite des zweiten Zahnrades derart verbunden ist, daß dieses entlang des ersten Zahnrades bewegt wird.

Bei der Erfindung ist also ein positiver Planetenradantrieb vorgesehen, der speziell für Reuleaux-Dreieck-Schneidköpfe ausgelegt ist,wodurch äußere Führungen für den Schneidkopf sowie Schwimmkulissen für seinen Antrieb überflüssig werden. Auf diese Weise wird ist die Vorrichtung zum Herstellen quadratischer Löcher nach der Erfindung nicht nur in der Lage, frei zu stehen, wobei sich weite und/oder tiefe Löcher herstellen lassen, sondern die Vorrichtung läßt sich auch so auslegen, daß sie in praktisch jedem Material arbeiten kann. Schneidköpfe unterschiedlicher Größe können, innerhalb eines Bereiches von etwa 50%, so angepaßt werden, daß sie auf dasselbe Getriebe passen. Sollte die Größe des zu bohrenden Loches außerhalb dieses Bereiches fallen, so können am Getriebe Änderungen vorgenommen werden, um Schneidköpfe neuer Größe anpassen zu können.

Bei der Erfindung handelt es sich somit um eine Vorrichtung zum Bohren quadratischer Löcher, bei welcher die Konfiguration des Schneidkopfes auf dem Reuleaux-Dreieck basiert und wobei

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der Getriebezug in der Heise arbeitet, daß zwei entgegengesetzte, simultane Rotationen stattfinden. Die erste Rotation ist die Drehung der Zentralachse des Planetenrades um sich selbst, wobei es mit einem weiteren, feststehenden Zahnring kämmt und innerhalb dessen rotiert. Die zweite Rotation, die der ersten Rotation entgegengesetzt ist, wird ebenfalls durch das Planetenrad bewirkt, während es mit dem Zahnring kämmt, und besteht aus einem Kreis, der durch das Zentrum des Planetenrades bei der Rotation innerhalb des Zahnringes gebildet wird.

Somit wird durch die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen quadratischer Löcher geschaffen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich also, zusammengefaßt, darum, daß das Bohren quadratischer Löcher dadurch ermöglicht wird, daß ein Schneidkopf mit einer Konfiguration verwendet wird, deren Außenlinie die Fora eines Reuleaux-Dreieckes hat, wobei weiterhin ein Planetenradantrieb vorgesehen ist. In der Vorrichtung finden beim Bohren zwei einander entgegengesetzte Umdrehungsbewegungen gleichzeitig statt. Bei der einen handelt es sich um eine reine Drehbewegung des Schneidkopfes der Vorrichtung um seine eigene Welle. Die andere Bewegung besteht in der Kreisbewegung des Schneidkopfes als ganzes um eine Zentrallinie, wobei diese Drehung auf die exzentrische Befestigung.des Schneidkopfes und des Antriebes zurückzuführen ist. Um die entgegengesetzte Drehung der Einheit als ganzes, verglichen mit der Drehung des Schneidkopfes um seine eigene Achse, zu erreichen, werden in Kombination ein Planetenrad und ein Zahnring verwendet, die miteinander kämmen. Das PlaKetenrad ist direkt mit dem Schneidkopf durch eine Helle verbunden, die starr an der Vorderseite des Zahnrades angebracht ist. An der Rückseite des 'Planetenrades ist exzentrisch die

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Antriebswelle angebracht. Die äußeren Zähne des Planetenrades umgibt ein weiterer, stationärer Zahnring mit Innenzähnen, welche kontinuierlich mit den Zähnen des Planetenrades in Eingriff stehen. Kommen diese Zähne in gegenseitigen, kämmenden Eingriff, so dreht sich das Planetenrad nicht nur um seine eigene Welle, sondern auch, mit einem größeren Radius, entgegengesetzt zu dieser Richtung in dem Zahnring umher. Bei einer bevorzugten' Ausführungsform erfolgt die Drehung um die Welle des Planetenrades mit einer Geschwindigkeit, die 1/3 der Drehgeschwindigkeit des Planetenrades um den Zahnring beträgt. Der gemeinsame Effekt dieser beiden, einander entgegengesetzten Drehungen, betrachtet man die Form des Schneidkopfes, besteht darin, daß die Bohrzähne ein quadratisches Loch erzeugen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung angebracht am vorderen Ende einer Bergbau - oder Zechen-Abbaueinheit;

Fig. 2 in schematises em Querschnitt in Seitendarstellung das vordere Ende des in Fig. 1 gezeigten Systems;

Fig. 3 in Explosionsdarstellung das Getriebesystem des Bohrers;

Fig. 4 in zusammengebauter Darstellung das in Fig. 3 gezeigte Getriebe oder Zahnradsystem;

Fig. 5 eine schematische Vorderansicht entlang der Linien 5-5 in Richtung der Pfeile von Fig. 2;

Fig.6 a)

bis 6 e) In Aufeinanderfolge eine schematische Darstellung der Bewegung der Ausgangswelle des Planetengetriebes, wie sich dieses innerhalb des stationären Zahnringes dreht;

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Fig. 7 a)

bis 7 e) in Aufeinanderfolge den rotierenden Schneidkopf;

Fig. 8 a)

bis 8 e) spezifische Parameter des Schneid- oder Bohrkopfes, der Getreibe oder Zahnräder, der Vierkantbohrung und der exzentrischen Befestigung; und

Fig. 9 a)

und 9 b) mögliche, alternative Kopfformen, die für

unterschiedliche Arten von Materialien oder Loch- oder Bohrungsgrößen geeignet sind.

Es ist zu beachten, daß das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung sich zwar auf einen Vierkantbohrer bezieht, der in Verbindung mit einer Hochleistungs-Bergbauabbaumaschine zum Gewinnen von Kohle sowie für andere bergmännisch zu gewinnende Materialien bestimmt ist, wobei aber die Grundprinzipien, nach denen die erfindungemäße Vorrichtung arbeitet, auch dazu verwendet werden können, praktisch in jedwedes Material ein beliebig geformtes Loch gewünschter Tiefe einzubohren. Beim Kohlebergbau eignet sich die Erfindung insbesondere deshalb, weil sie die Möglichkeit gibt, Vierkantlöcher anstelle von Rundbohrungen herzustellen, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, einen wesentlich höheren Prozentsatz der anstehenden Kohle abzubauen, als dies derzeit bei Verwendung von Rundbohrtechniken der Fall ist. Abschätzungen zeigen, daß dieser Prozentsatz von der gegenwärtigen Gewinnungsrate von etwa 59% auf etwa 75% bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ansteigt.

Das Hochleistungs-Bohrsystem, welches in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Bohr-Schneidkopf 1 auf. Weiterhin sind vier stabilisierende Streben 3 vorgesehen, die jeweils paarweise am Boden und am Hängenden des Stollens anliegen. Weiterhin ist eine Großschnecke oder ein Großbohrer 5 vorgesehen, welche abgebautes Material von der Flötzflache weg-

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fördert. Schließlich ist eine Getriebeeinheit innerhalb eines Gehäuses 7 vorgesehen.Die Erfindung besteht, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, in der Kombination eines bestimmten Bohrkopfes mit einer bestimmten Getriebeeinheit. Die Streben und die Schnecke sind herkömmlich und sind lediglich deshalb dargestellt, um zu zeigen, in welcher Weise die Erfindung für bestimmte Anwendungszwecke eingesetzt werden kann. Sowohl die Schneckenflügel als auch ihre zentrale Achse rotieren in derselben Richtung, wie dies durch die Pfeile wiedergegeben ist.

Von der Vorderseite des Schneidkopfes erstreckt sich in Richtung auf die Flötz-Arbeitsflache eine Reihe von mit Abstand angeordneten, nach vorwärts weisenden Bohrzähnen 9. Diese Bohrzähne sind so angeordnet, daß jeder Scheitelpunkt wenigstens einen Bohrzahn trägt. Andere Bohrzähne können am Zentrum des Schneidkopfes, entlang seines Umfanges oder entlang dreier einander schneidender Bauteile 11 angeordnet sein, um die Wirksamkeit des Bohrers in verschiedenen Materialien auf ein Maximum zu bringen. Die äußere Konfiguration des Schneidkopfes, von vorne gesehen, ist diejenige eines Reuleaux-Dreiecks. Um einen derartigen Schneidkopf zu konstruieren, wird zunächst ein gleichseitiges Dreieck mit Scheitelpunkten 13, 17 und 21 konstruiert. Dann wird, unterVerwendung dieser drei Scheitelpunkte als Mittelpunkt, ein Kreisbogen gezogen, welcher die beiden anderen Scheitelpunkte j schneidet. Durch Wiederholen dieses letzten Schrittes bei den anderen beiden Scheitelpunkten ergibt sich das Reuleaux-Dreieck.

Wie in dem bereits erwähnten Artikel aus Scientific American vom Februar 1963 ausgeführt wurde, ist das Reuleaux-Dreieck eine Kurve konstanter Weite, ähnlich einem Kreis. Als eine

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derartige Kurve kann das Reuleaux-Dreieck innerhalb eines Quadrates eingeschlossen werden. Wenn das Reuleaux-Dreieck gedreht wird, so ist eine seiner Seiten stets mit den Seiten des Quadrates in Kontakt. Außerdem ist das Reuleaux-Dreieck der Rotor kleinstmöglicher Fläche eines Quadrates. Diese Eigenschaften haben deutlich klargemacht, daß die Reuleaux-Dreieck-Konfiguration sich in idealer Weise dafür eignet, eine Vierkantbohrung zu bohren. Die übrigen Merkmale, die in Fig. 1 gezeigt sind, umfassen die drei Umkreisbögen 15, 19 und 23 des Schneidkopfes, das zylindrische Getriebegehäuse 7 sowie Bolzen 47, die dazu dienen, die Eingangswelle über Bohrungen mit dem Drehantrieb zu verbinden.

Die innere Ausführung des Getriebezuges läßt sich besser anhand von Fig. 2 erkennen, welche eine Querschnittsdarstellung des vorderen Endes eines Schneidkopfes uowie des Getriebezuges zeigt. Innerhalb des Getriebegehäuses 7 liegt das vordere Ende einer Eingangswelle 27, deren exzentrisches, kurbelähnliches Anschlußstück 29 an der Rückseite eines Planetengetriebes oder Planetenrades 39 befestigt ist. Weiterhin befinden sich im Gehäuse 7 eine Ausgangswelle 25 sowie ein stationärer Zahnring 35. Während im Betrieb die reine Drehbewegung der Welle 27 in Richtung des Pfeiles, wie gezeigt, erfolgt, dreht sich das exzentrisch angeordnete Planetenrad selbst innerhalb des umgebenden Zahnringes. Da der Zahnring hinsichtlich des Gehäuses fest angeordnet und das Planetenrad exzentrisch angebracht ist, besteht die Wirkung der Drehung der Ausgangswelle und des Planetenrades oder Planetengetriebes darin, daß eine Kreisbewegung des Planetenrades und seiner Befestigungspunkte in einer Richtung, die derjenigen der sich drehemden Antriebswelle um die Achse Y entgegengesetzt ist, bewirkt wird. Die kombinierte Kreisbewegung des Planetenrades um den Zahnring und die Drehung der Eingangswelle 27 um die eigene Achse wird auf die Ausgangswelle 25 mit ihrer eigenen Zentralächse X übertragen.

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Die Explosionsdarstellung des Getriebezuges, wie sie in Fig. 3 wiedergegeben ist, zeigt zahlreiche der vorstehend angegebenen Komponenten in größeren Einzelheiten. Das Gehäuse 7 ist teilweise weggeschnitten, wobei hur eine der vier Streben 3 an ihrer Stelle gezeigt ist. Das Plantenrad 39 weist eine Anzahl von Außenzähnen 41 auf, welche mit Innenzähnen 37 des stationären Zahnrinyes in Eingriff kommen. Bei einem verwirklichten Ausführungsbeispiel der Erfindung waren im Zahnring vier Zähne fUr jeweils drei Zähne im Planetenrad vorgesehen. Hie noch weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 8 im einzelnen gezeigt werden wird, sind die Teilkreisdurchmesser D bzw. d für den Zahnring bzw. das Planetenrad im selben Verhältnis 4 : 3, d.h. also, wenn der Zahnringdurchmesser D 12" beträgt, so würde der Durchmesser d des Planetenrades 9" betragen. Ebenfalls sind die Bolzen 47 zu sehen, welche dazu dienen, das Getriebezuggehäuse dadurch mit seinem Antrieb zu verbinden, daß die Bolzen in Bohrungen 48 eingeführt werden. Drucklager 43 und 44 sind weiterhin vorgesehen. Eine Endplatte 33 weist eine Bohrung auf, welche die Ausgangswelle 25 aufnimmt. Das Gehäuse 7 weist eine flanschartige Lippe 40 auf. Schließlich ist noch eine Lagerdichtung 31 dargestellt. Diese Teile bilden insgesamt zusammen mit der exzentrischen Ausgangswelle, dem Planetenrad, der Eingangswelle und dem Zahnring eine Einheit, die als exzentrische Antriebseinheit bezeichnet werden könnte.

In Fig. 4 ist die Antriebseinheit von Fig. 3 in zusammengebautem Zustand wiedergegeben. In diesem Zustand, wie gezeigt, erstreckt sich die Ausgangswelle 25 durch die Endplatte Dreht sich diese Welle, so dreht sich auch die Platte innerhalb der flanschartigen Lippe 40 zwischen dieser und dem Zahnring. Das Ende der Ausgangswelle ist durch den Buchstaben G bezeichnet und ist starr an der Rückseite des Schneidkopfes

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rückwärtig des Schnittes der drei Stützglieder 11 befestigt. Dabei ist dann die Bewegung des Buchstabens G dieselbe wie diejenige des Schneidkopfes, da beide sich im gleichen Sinn drehen.

In Fig. 5 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie 5-5 von Fig. 2 wiedergegeben, wobei die Positionen der Enden der Ausgangs- und Eingangswelle zu einem bestimmten Zeitpunkt wiedergegeben sind. Der Buchstabe O bezeichnet das Ende der Eingangswelle 27. Jede der Wellen rotiert in unterschiedlicher Richtung, wobei die Welle 27 um ihre eigene Achse und die Welle 25 sowohl um die Y- als auch um ihre eigene X-Achse rotiert. Am Planetenrad 39 ist die Ausgangswelle 25 starr befestigt. Wenn sich die Eingangswelle dreht, so bewegt sie das Planetenrad im Zahnring herum, wobei also dann eine Drehung des Endes G bewirkt wird. In dan Fig. 6 a) bis 6 e) ist in größeren Einzelheiten die zeitliche Abfolge der Drehung des Endes G der Ausgangswelle und damit auch des starr daran befestigten Schneidkopfes 1 zeigt. Beginnt man mit Fig. 6a, so befindet sich das Planetenrad 39 im Zahnring 37 unten, wobei der Buchstabe G annäherend vertikal steht. In Fig. 6 b) ist eine Position wiedergegeben, in der sich das Planetenrad in Uhrzeigerrichtung um etwa 90° im Zahnring gedreht hat. in der Zwischenzeit ist das Zentrum G um 30° in der entgegengesetzten Richtung bewegt worden. In Fig. 6c hat sich der Buchstabe G um weitere 30° entgegen der Uhrzeigerrichtung bewegt, der auf das Planetenrad sich in Uhrzeigerrichtung um 9O° weitergedreht hat. Zu einem noch späteren Zeitpunkt, wie er in Fig. 6d gezeigt ist, hat sich der Buchstabe G um 90° gedreht, während sich das Planetenrad um 270° gedreht hat7 und wobei beide Drehungen in entgegengesetzten Richtungen erfolgt sind. Schließlich ist in Fig. 6e eine Position gezeigt, in der das Planetenrad eine in Uhrzeigerrichtung

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erfolgende Umdrehung vervollständigt hat, während das Ende G der Ausgangswelle sich entgegen der Uhrzeigerrichtung um 120° gedreht hat. Für jeweils drei Umdrehungen des Planetenrades im Zahnring hat also die Ausgangswelle eine einzige Umdrehung in entgegengesetzter Richtung ausgeführt.

Die Bedeutung von Fig. 6 zeigt sich deutlicher, wenn diese Darstellung in Verbindung mit den Fig. 7a) bis 7 e) betrachtet wird. Ähnlich den Fig. ü a) bis 6 e) zeigen diese Fig. eine zeitliche Abfolge der Bewegungen der Ausgangswelle. Sie repräsentieren dieselbe winkelmäßige Bewegung, wie sie den Fig. 6a bis 6 e) entspricht, d.h. also, in den Fig. 7 d) und Fig. 6 d) ist die winkelmäßige Bewegung dieselbe. Hier jedoch, nämlich in Fig. 7, ist eine Abfolge gezeigt, bei welcher der Schneidkopf am Ende der Ausgangswelle befestigt ist. Dies ist natürlich von großer Bedeutung, da der Schneidkopf dasjenige Vorrichtungsteil ist, welches tatsächlich das quadratische Loch bohrt oder schneidet. Bei der Beschreibung der Abfolge, die nunmehr erfolgt, wird auf den Scheitelpunkt 13 Bezug genommen, wobei aber klar sein sollte, daß auch die anderen Scheitelpunkte, nämlich 17 und 21, des Schneidkopfes simultan in derselben Richtung rotieren. Beginnt man mit Fig. 7 a),so dreht sich der Punkt 113 um 30° entgegen der Uhrzeigerrichtung, während die Ausgangsstelle sich um 90° in Uhrzeigerrichtung in die in Fig. 7 b) gezeigte Position bewegt. Hieraus ergibt sich, daß die Zentralwellenrotation dieselbe ist, wie diejenige des Planetenrades um den Zahnring, während die Scheitelpunktrotation dieselbe ist wie diejenige der Ausgangswelle um ihre eigene Achse. Nachdem eine vollständige Umdrehung der Ausgangswelle um den Zahnring stattgefunden hat, hat sich der Scheitelpunkt um 120° in entgegengesetzter Richtung bewegt, also um denselben Betrag und in derselben Richtung wie die Ausgangswelle G.

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Ohne die charakteristische Form des Schneidkopfes und ohne die charakteristische Anordnung der Bohrzähne auf diesem würden die der beschriebene Antrieb nicht zum Schneiden eines quadratischen Loches führen. Wenn sich aber einer der Scheitelpunkte des Reuleaux-Dreiecks um etwa 120° dreht, so dreht sich auch jeder der beiden anderen Scheitelpunkte um etwa 120°, so daß der nächste, folgende Scheitelpunkt dahin zu liegen kommt, wo der erste Scheitelpunkt anfangs gelegen war. Dies geschieht deshalb, weil die 120-Grad-Teilung zwischen benachbarten Scheitelpunkten vorgesehen ist und außerdem deshalb, weil das Reuleaux-Dreieck eine Kurve konstanter Weite ist.

Bestimmte Parameter sind für ein arbeitsfähiges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung kritisch. In den Fig. 8 a) bis 8 e) sind diese Parameter wiedergegeben. In den Fig. 8a) und 8b) ist dargestellt, daß die Seite S des quadratischen Loches, welches gebohrt wird, anfänglich dadurch bestimmt werden kann, daß der Bogenabstand von einem der Scheitelpunkte gemessen wird. In den Fig. 8c und 8 d) sind die Teilungskreisdurchmesser D und d für den Zahnring 8 c) bzw.das Planetenrad 8 d) wiedergegeben. Mathematiscn gesehen sind die Zahnanzahl des Zahnringes und der Teilungskreisdurchmesser zu der Zahnanzahl des Planetenrades und dessen Teilungskreisdurchmesser durch die folgenden beiden Gleichungen verknüpft:

(1) d = 3/4 D, wobei d der Teilungskreisdurchmesser für das Planetenrad und D der Teilungskreisdurchmesser für den Zahnring ist.

(2) t = 3/4 T, wobei t die Anzahl der Zähne im _ Planetenrad und T die Anzahl der Zähne im ~ Zahnring ist.

In Fig. 8 e) ist dargestellt, in welcher Weise der exzentrische

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Axial-Versetzungsabstand E zwischen den beiden parallelen Achsen X und Y der Ausgangs- bzw. Eingangswelle gemessen wird. Um die vorstehend beschriebenen Eigenschaften zu erfüllen, muß dieser Abstand E der nachfolgenden Bedingung genügen:

(3) E = 1/8 D, wobei, wie vorhin, D der Teilungskreisdurchmesser des Zahnringes ist. Dieser axiale Versetzungsabstand wird zwischen der Eingangsseite 27 der exzentrischen Kurbelwelle und ihrer Ausgangsseite 25 gemessen.

Wie in Fig. 8 b) dargestellt ist, ist das quadratische Loch nicht tatsächlich ein perfektes Quadrat an seinen vier Ecken. Es handelt sich um ein Loch mit zwei Sätzen gleicher paralleler Linien als Seiten mit leicht abgerundeten Kanten an den vier Ecken. Um den gewünschten Schnitt zu erreichen, müssen die Abmessungen des Teilungskreisdurchmessers D des Zahnringes so geändert werden, daß dem Größenbereich der Seiten S des Loches nach der folgenden Tabelle Rechnung getragen wird:

TABELLE I

Zahnring-Teilungskreis- Schneidkopf-Größenbereich durchmesser D (Min. - Max.) für S

6 Zoll 6 bis 12 Zoll

12 Zoll 12 bis 24 Zoll

24 Zoll 24 bis 48 Zoll

N η bis 2n

Ist also die Größe des zu bohrenden Loches größer als das Doppelte des Teilungskreisdurchmessers des Zahnringes, so ist es notwendig, den Zahnring auf eine größere Weite zu ändern. Jeder Wechsel der Zahnringgröße erfordert natürlich

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entsprechende Änderungen Im Planetenrad bzw. Im Planetengetriebe sowie im Exzenterabstand entsprechend den Gleichungen 1,2 und 3, wie vorstehend angegeben. Die Änderungen können entweder darin bestehen, daß die Lochgröße vergrößert wird oder aber auch darin, daß die Lochgröße verringert wird. Außerhalb dieser Anforderungen und der Art der verwendeten Bohrzähne kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so modifiziert werden, daß sie sich dazu eignet, quadratische Löcher jedweder Größe durch jedwedes bekannte Material zu bohren.

In den Fig. 9 a) und b) sind abweichende Ausführungsbeispiele für den Schneidkopf wiedergegeben. Bei allen Ausführungsformen wird der Konfiguration eines Reuleaux-Dreiecks gefolgt. In Fig. 9 a) weist der Schneidkopf 101 an jedem seiner drei Scheitelpunkte 113, 117, 121 Bohrzähne 109 auf, ebenso an seinem Zentrum, welches die drei Stützteile 111 verbindet. Die entsprechend geformten Umfangskanten 115, 119 und 123 sind sämtlich mit gleichem Abstand von ihrem entsprechenden Scheitelpunkten angeordnet. Der in Fig. 9 b) gezeigte Schneidkopf 201 weist ebenfalls eine Serie von drei zentralen Bohrzähnen 209 und drei Scheitelpunkten 213, 217 und 221 auf. Die zwischen diesen drei Punkten gezogenen Linien würden ein Reuleaux-Dreieck bilden.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Bohren quadratischer Löcher, gekennzeichnet durch a) einen drehbaren Schneidkopf (1, 101, 201), der entlang wenigstens eines Teiles seines Umfanges der zu schneidenden Fläche zugewandte Bohr-Schneidflachen aufweist, wobei der Umfang des Schneidkopfes derart geformt ist, daß die äußersten Schneidflächen die Scheitelpunkte (13, 17, 21; 113, 117, 121; 213, 217, 221) eines Reuleaux-Dreiecks einschließen; b) ein mit dem Schneidkopf (1, 101, 20¹) verbundenes, dessen Rotation bewirkendes Zahngetriebe, welches ein stationäres erstes Zahnrad (35) aufweist, welches kontinuierlich mit einem zweiten Zahnrad (39) kämmt, das sich entlang des ersten Zahnrades in einer zur Drehrichtung des Schneidkopfes entgegengesetzten Richtung dreht, wobei das zweite Zahnrad (39) durch eine Ausgangswelle (25), die an einer seiner Seiten angebracht ist, so gedreht wird, daß es sich im Gleichgang mit dem Schneidkopf dreht; und c) einen exzentrischen Antrieb (27), der mit der anderen Seite des zweiten Zahnrades (39) derart verbunden ist, daß dieses entlang des ersten Zahnrades (35) bewegt wird.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (35) einen größeren Teilungskreisdurchmesser als das zweite Zahnrad (39) aufweist und mit Innenzähnen (37) versehen ist, während das zweite Zahnrad (39) Außenzähne (41) aufweist, die mit diesen kämmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennnzeichnet, daß das erste Zahnrad (35) vier Innenzähne (37) für jeweils drei Zähne (41) des zweiten Zahnrades (39) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungskreisdurchmesser des ersten Zahnrades (35) und des zweiten Zahnrades (39) im Verhältnis von 4 : 3 stehen; und daß der Exzenterantrieb eine Eingangswelle (27) aufweist, die mit dem zweiten Zahnrad (39) verbunden ist und um 1/8 des Teilungskreisdurchmessers des ersten Zahnrades (35) von einer angeschlossenen Antriebswelle axial versetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohr-Schneidflachen durch Reihen mit Abstand angeordneter Bohrzähne (9, 109, 209) gebildet sind, die sich um die Reuleaux-Dreieck-Konfiguration erstrecken, wobei wenigstens eine Schneidfläche an jedem Scheitelpunkt (13, 17, 21; 113, 117, 121; 213, 217, 221) des Dreiecks vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Zahnrad (39) um das erste Zahnrad (35) bei jeder Umdrehung des Schneidkopfes (1, 101, 201) in entgegengesetzter Richtung dreimal dreht. ~

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahngetriebe und der Exzenter-

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antrieb in einem gemeinsamen Gehäuse (7) angeordnet sind, wobei eine bewegliche Endplatte (33) die Ausgangsweile (25) des zweiten Zahnrades (39) aufnimmt.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche» gekennzeichnet durch ein Bergbau-Abbausystem mit den Bohrer abstützenden Streben (3), wobei das System mit dem Exzenterantrieb verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungskreisdurchmesser des ersten Zahnrades (35) nicht größer als irgendeine Seite des zu bohrenden quadratischen Loches ist.

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