DE2839470A1 - Bohrer und bohrer-antriebsmechanismus - Google Patents

Description

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 6. September 1978

Southfield, Mich.48076, USA Anwaltsakte M-4708

Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus

Die Erfindung betrifft einen Bohrer und einen Bohrer-Antriebsmechanismus nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Beim Kohlenbergbau und bei anderen Arten des Bergbaus müssen Menschen und Maschinen häufig in Minen arbeiten, bei denen das Hangende abgesichert werden muß, um das Einstürzen zu verhindern. Ein herkömmlicher Weg der Absicherung derartiger Minen besteht darin, eine große Zahl von Stützriegeln beträchtlichen Durchmessers zu installieren, die bis zu zehn Fuß (3 m) lang sind und die so weit wie möglich im Felsen verankert sind. Eine flexible Bohrerwelle, die beim Bohren derartiger Löcher im Hangenden von Minen verwendet werden kann, ist in der US-Patentanmeldung Nr. 767260 beschrieben. Außer der flexiblen Bohrerwelle, die in dieser Anmeldung erörtert ist, muß eine Einrichtung vorgesehen sein, welche diese Bohrerwelle sowohl dreht als auch axial bewegt. Vorzugsweise kann der axiale und der Dreh-Bewegungsantrieb der Welle gemeinsam oder unabhängig voneinander, wie dies die äußeren Bedingungen vorgeben, bewirkt

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werden. Die Antriebseinrichtung soll also, während sie die Welle dreht, die Welle axial mit einer bestimmten Geschwindigkeit, mit einer geringeren Geschwindigkeit oder überhaupt nicht vorschieben können.

Es ist bekannt, die Antriebswelle bzw. eine Betätigungswelle in axialer Richtung mittels eines Kettenantriebs vorzutreiben, bei dem die Kette mit der Welle kämmt und der Schaft sich axial bewegt, während die Antriebskette in einer Endlosschleife geführt wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine ganze Anzahl von Gliedern der Antriebskette in Berührung mit der Welle sein kann. Die Antriebskräfte werden auf diese Weise nicht nur auf eine kleine Berührungslinie oder -zone an einem oder zwei Gliedern konzentriert. Eine Schwierigkeit bei dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß normalerweise eine Stützplatte erforderlich ist, welche die Bohrerwelle in Eingriff mit den Gliedern der Antriebskette hält. Diese Art von Stützplatte ist insofern sehr unerwünscht, als sie beträchtlich zur Reibung und zum Verschleiß des Antriebsmechanismus beiträgt. Im US-Patent 3 711 161 ist eine Einrichtung zum axialen Antrieb eines Trägers bzw. Auslegerarms mittels zweier koordinierter Antriebsketten gezeigt. Jede Kette hat eine Art Vorsprung bzw. Zahn, welche mit einer Reihe von Öffnungen innerhalb des Trägers bzw. Auslegerarms zur axialen Bewegung zusammenwirkt. Diese doppelte, einander gegenüberliegende Anordnung von Ketten hat bestimmte Vorteile gegenüber einer einzigen derartigen Einheit; die Notwendigkeit von Stützplatten oder anderen Einrichtungen, welche die Kette gegen die angetriebene Welle hält, oder eine äquivalente Struktur, welche sicherstellt, daß die Antriebskette in Eingriff mit der Welle gehalten wird, ist jedoch nicht vollständig ausge-

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räumt. Außerdem wird bei diesem Gerät nicht beschrieben, wie ein Drehantrieb der Welle bewerkstelligt werden könnte.

Das Einbohren von Löchern in den Fels zur Anbringung von Stützriegeln oder zu anderen Zwecken war in der Vergangenheit im allgemeinen darauf beschränkt, Löcher von nur einem einzigen Durchmesser zu bohren. In der jüngsten Vergangenheit wurde es jedoch bei der Befestigung von Trägerriegeln am Hangenden von Minen notwendig, Löcher mit unterschiedlichem Durchmesser in enger Nachbarschaft zu bohren. Beispielsweise können die Umstände es erfordern, daß Löcher mit einem Durchmesser von 1 Zoll für epoxyd-verankerte 3/4-Zoll-Rebar-Bolzen verwendet werden und Löcher mit 1 3/8-Zoll-Durchmesser für expansions-verankerte Bolzen. Bei den gegenwärtige bekannten Bohrverfahren muß sowohl der Bohrer als auch der Antrieb ausgetauscht werden, wenn die Lochgröße verändert wird. Dies ist ein zeitraubender und kostspieliger Vorgang.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bohrer bzw. ein Bohrsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Veränderung der Lochgröße einfach durch Austausch des Bohrers und des Bohrstückes möglich ist, ohne daß außerdem der gesamte Bohrantrieb ausgetauscht werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung werden die Nachteile bekannter Geräte überwunden; sie schafft ein neues Konzept zur störungsfreien Funktion eines

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Bohrers, der in Abhängigkeit von unabhängigen Motoren unabhängig gedreht und axial vorgeschoben werden kann. Derselbe Bohrer-Antriebsmechanismus kann Bohrer unterschiedlichen Durchmessers aufnehmen, was das Bohren von Löchern unterschiedlicher Durchmesser ohne Arbeiten am Bohrer-Antriebsmechanismus erleichtert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 die perspektivische Darstellung, teilweise aufgebrochen, eines Teils eines Bohrer-Antriebsmechanismus gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die Seitenansicht, teilweise im Schnitt und aufgebrochen, in der ein Teil des Antriebsmechanismus von Fig. 1, der in Fig. 1 nicht sichtbar ist, gezeigt ist;

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Teil des Bohrschafts, der

zusammen mit dem Antriebsmechanismus der Fig. 1 und 2 verwendet wird;

Fig. 4 die Draufsicht auf eines der Antriebs-Verbindungs-

glieder, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 5 die Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf das An-

triebs-Verbindungsglied von Fig. 4;

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht von zwei

in gegenseitigem Eingriff stehenden Antriebs-Verbindungsgliedern, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind;

Fig. 7 die Unteransicht des Gehäuses einer Bohrer-Antriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt gemäß Linie 8-8 von Fig. 7; Fig. 9 einen Schnitt gemäß Linie 9-9 von Fig. 7;

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Fig. 10 die Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine andere Ausführungsform der Bohrwelle, die zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 die Draufsicht auf ein Antriebs-Verbindungsglied,

welches der Bohrwelle von Fig. 10 zugeordnet ist;

Fig. 12 die Draufsicht, teilweise im Schnitt des Antriebs-Verbindungsgliedes von Fig. 11;

Fig. 13 die Draufsicht auf mehrere, miteinander in Eingriff

stehende Antriebs-Verbindungsglieder, welche eine Bohrwelle umgeben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Abschnitts des Bohrer-Antriebsmechanismus, der insgesamt mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet ist und dessen Funktion darin besteht, einen axialen Antrieb der Bohrwelle 12 zu schaffen. Der Deutlichkeit halber ist ein Teil weggebrochen. Die Welle 12 enthält eine Reihe von im wesentlichen helixförmig angeordneten VorSprüngen 14, die von Rücksprüngen 16 getrennt sind. Diese sind axial aufeinander ausgerichtet, wenn sich die Welle 12 durch den Antriebsmechanismus 10 bewegt. Die Welle 12 kann gelenkig sein, so daß ohne Last eine Biegung möglich ist. Der Antriebsmechanismus enthält zwei Antriebs-Zahnräder, die durch eine außerhalb der Anordnung von Fig. 1 stehende Einrichtung angetrieben wird. Eines dieser Zahnräder ist auf der Antriebswelle 20 dargestellt; es trägt die Bezugszahl 18. Ein ähnliches Zahnrad ist auf der Antriebswelle 22 dargestellt, die weggebrochen ist, um andere Teile der Struktur zeigen zu können. Zwei weitere Antriebszahnräder (nicht gezeigt) sind an den gegenüberliegenden Enden der Wellen 20 und 22 angeordnet. Außerdem ist ein Satz von vier Leerlauf-Zahnrädern vorgesehen, welche das Zahn-

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rad 24 auf der Welle 26 und das Zahnrad 28 auf der Welle 30 enthalten. Wie bei den Antriebszahnrädern werden zwei weitere Leerlauf-Zahnräder an den gegenüberliegenden Enden der Wellen 26 und 30 gehalten.

Auf den oben beschriebenen Zahnrädern werden zwei Rollenketten 32 und 34 geführt. Jede enthält mehrere Antriebs-Verbindungsglieder 36. Diese enthalten Vorsprünge 38, die so angeordnet sind, daß sie in der Mitte mit den Verbindungsgliedern, welche die Antriebswelle 12 umgeben, eine Verbindung bilden. Jedes Antriebs-Verbindungsglied 36 ist mit einem hohlen mittleren Abschnitt 36a ausgebildet, der sich um (ungefähr) die Hälfte des Durchmessers der Welle 12 legen kann. Dieser hohle Abschnitt enthält zwei innere Nuten 36b, welche zu den helixförmigen VorSprüngen 14 passen, wenn die Verbindungsglieder um die Welle 12 herum gegenseitig verriegelt sind. Die Drehung der Antriebswellen 20 und 22 führt also dazu, daß die verschiedenen Nuten 36b an den helixförmigen Vorsprüngen 14 angreifen und diese tragen. Dadurch wird die Antriebswelle 12 nach oben oder unten, je nach der Drehrichtung der Wellen, bewegt. Da mehrere Nuten mehrere helixförmige Vorsprünge 14 jederzeit berühren, wird eine übermäßige Belastung einer einzelnen Nut oder eines einzelnen VorSprungs vermieden.

Der gesamte Antriebsmechanismus 10 wird von einem Gehäuse 40 getragen, das seinerseits auf einer umlaufenden Welle 41 gehalten ist, die in Fig. 2 gezeigt ist. Diese ist Teil einer größeren Trägerund Antriebsstruktur, die unten beschrieben wird. Fig. 2 ist teilweise im Schnitt ausgeführt; die Lagerkappe und das Schneckengetriebe sind entfernt, um zeigen zu können, daß die Schneckenwelle

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48 kontinuierlich ist. Die AntriebsZahnräder 18 und 19 sind gestrichelt dargestellt, da sie sich hinter zwei Antriebszahnrädern 42,44 befinden, die von den Wellen 20 bzw. 22 getragen werden. Die Zahnräder 42 und 44 kämmen mit einem Schneckengetriebe 46, welches auf einer Welle 48 getragen wird. Diese wiederum ist in Lagern 50 und 52 im Gehäuse gehaltert. Die Welle 48 wird von einem Zahnrad 54 am unteren Ende gedreht, das seinerseits durch ein unten beschriebenes Antriebssystem gedreht wird. Dieses dreht das gesamte Gehäuse 40 zum Drehantrieb der Bohrwelle 12 sowie die Antriebswelle 48 zur Schaffung eines axialen Vorschubs der Welle 12.

Die Konzeption und die Wirkungsweise des Bohrer-Antriebsmechanismus, der oben beschrieben wurde, läßt sich besser anhand der Fig. 3,4,5 und 6 verstehen. Diese zeigen die Ausbildung der Bohrwelle, Einzelheiten der Ausbildung der Antriebs-Verbindungsglieder und die perspektivische Ansicht von zwei miteinander in Eingriff stehenden, jedoch nicht voll ausgeführten Verbindungsgliedern. Die Fig. 3 zeigt einen Abschnitt der Bohrerwelle 12, auf dem sich eine bestimmte Anzahl helixförmiger Vorsprünge 14 befindet. Diese Vorsprünge sind mittels einer axialen Nut bzw. eines Rücksprungs 58 voneinander getrennt. Durch diese werden mehrere Nutflächen 62 und 64 an den Kanten der Nut 58 freigelegt. Die helixförmigen Vorsprünge 14 enthalten außerdem die unteren Kontaktflächen 60 und 66 und die oberen Kontaktflächen 68 und 70.

Fig. 4 ist die Draufsicht auf eines der verschiedenen Antriebs-Verbindungsglieder, die in Fig. 1 gezeigt sind. Es ist ein Blick, der in den konkaven Mittelabschnitt 36a gerichtet ist. In dieser Ansicht sind die inneren Nuten gezeigt, welche die unteren Flächen

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72 und 74 besitzen. Diese berühren die Flächen 60 und 66 der helixförmigen Vorsprünge 14. Die oberen Flächen 76 und 78 berühren die oberen Flächen 70 und 68 der Vorsprünge 14. Wenn also das Verbindungsglied sich nach oben bewegt, drücken die Oberflächen 72 und 74 gegen die Flächen 60 und 66 und führen die Bohrerwelle 12 nach oben. Wenn entsprechend das Verbindungsglied 36 sich nach unten bewegt, drücken die Flächen 76 und 78 nach unten auf die Flächen 70 und 68 der Vorsprünge 14, wodurch die Bohrerwelle 12 nach unten geführt wird. Die Flächen 80 und 82 berühren die Nutenflächen 62 und 64 der VorSprünge 14, wenn die Verbindungsglieder 36 gedreht werden. Dieser Vorgang wird anhand der Fig. 5 etwas deutlicher, die eine Draufsicht auf das Verbindungsglied 36 zeigt. Die Antriebswelle 12 und die helixförmigen Vorsprünge 14 sind dabei gestrichelt dargestellt, wodurch ihre Position relativ zur inneren Fläche 36a angedeutet wird. In dieser Ansicht wird deutlich, daß die Flächen 80 und 82 außerdem Teil eines männlichen Vorsprungs 84 sind, der sich um eine bestimmte Entfernung in die Nut 58 der Bohrerwelle 12 hineinerstreckt, und zusätzlich Kontaktflächen abgibt, welche die Nutenflächen 62 und 6 4 antreiben.

Die verschiedenen Verbindungsglieder 36 enthalten äußere Kanten 86, durch welche Bohrungen 88 verlaufen. Diese sind mit Bohrungen 90 im Hauptkörper des Verbindungsglieds 36 ausgerichtet. Diese Bohrungen sind aufeinander ausgerichtet und ihre Mittellinie verläuft ungefähr durch die Mitte der Kontaktzone zwischen dem Verbindungsglied 36 und dem helixförmigen Vorsprung 14. Zapfen verlaufen durch die Bohrungen 88 und 90 und befestigen herkömmliche Kettenglieder (in Fig. 1 gezeigt), die von herkömmlichen Kettenrollen in Abstand gehalten werden, welche die verschiedenen Antriebs-Verbindungsglieder

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36 miteinander verketten. Zwei kleine Flansche 92 auf der Außenfläche des Randabschnittes 86 enthalten Bohrungen 94, welche Splinte oder andere geeignete Befestigungsmittel zur Befestigung der Zapfen in den Bohrungen 88 und 90 aufnehmen. Die Flansche 92 waren in Fig. 1 nicht zu erkennen, da sie dort nur verwirrt hätten, anstelle beim Verständnis des Antriebsmechanismus 10 behilflich zu sein.

Fig. 6 ist die perspektivische Ansicht, in der Teile der beiden Verbindungsglieder 36 in Eingriff miteinander dargestellt sind. Beide miteinander in Eingriff stehende Antriebsglieder 36 enthalten einen Vorsprung 38, der mit einem ähnlichen Vorsprung 38 am anderen Antriebs-Verbindungsglied kämmt. Die Konturen der Randflächen der Vorsprünge 38 sind ähnlich denjenigen von Zahnräder-Zahnen, da sie einander glatt berühren und sich glatt voneinander trennen müssen, wenn der Kettenantrieb betätigt wird. Diese Vorsprünge 38 enthalten außerdem einen nach innen gerichteten Vorsprung 3 8a, der noch weiter in Richtung des kämmenden Verbindungsgliedes und in einen Rücksprung im kämmenden Verbindungsglied reicht, der von den Flächen 96 und 98 gebildet wird (vgl. auch die Fig. 3 und 4). Dadurch, daß der Vorsprung 38a so dimensioniert wird, daß er im wesentlichen den Raum zwischen den Flächen 96 und 98 ausfüllt, wird im wesentlichen eine relative seitliche Bewegung der Verbindungsglieder verhindert. Sie werden in Eingriff gehalten und sie bewegen sich in und aus dem Eingriff in sehr glatter Weise. Diese glatte Wirkung wird dadurch unterstützt, daß der Rollkreisdurchmesser dieser Zahnradform in den verriegelnden Verbindungsglieder-Vorsprüngen 38,38a derselbe ist wie der Rollkreisdurchmesser der Kettenzahnräder. Die Ecken der Vorsprünge 38a sind abgeschrägt und helfen bei der Kämmwirkung. Aus dem Obigen folgt, daß die Kämmfunktion der Verbin-

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dungsglieder zu einer sehr festen und sicheren Antriebsverbindung mit der Welle 12 führt, sowohl was die Rotations- als auch was die Axialbewegung angeht.

Fig. 7 ist die Unteransicht des Gesamtgehäuses für den Bohrerantrieb. Dieses Gehäuse, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist, weist eine Umhüllung 102 für die Bohrerwelle auf, die aus flexiblem Material, beispielsweise Gummi ist. Sie befindet sich konzentrisch innerhalb einer ähnlichen, flexiblen Hülse 104, wobei beide mittels herkömmlicher Befestiger am Gehäuse 100 befestigt sind. In dieser Ansicht ist außerdem das Gehäuse eines hydraulischen Motors 106 zu erkennen, der am Gehäuse mit herkömmlichen Schrauben 108 festgemacht ist. Die Einzelheiten der Struktur, die im Gehäuse 100 enthalten ist, werden ausführlicher in Fig. 8 gezeigt, die einen Schnitt gemäß Linie 8-8 von Fig. 7 darstellt. In Fig. 8 ist die Welle 12 in den flexiblen Hülsen 102 und 104 beim Eintritt in das Gehäuse 100 dargestellt. Die Welle 12 erscheint außerdem im oberen Bereich der Zeichnung; sie ist innerhalb des Gehäuses 40 eingeschlossen, welches den oben beschriebenen Antriebsmechanismus enthält. Das Gehäuse 40 ist an einer umlaufenden Welle 41 befestigt, an welcher ein großes Zahnrad 112 angekeilt ist. Dieses wird auf Lagern 114 getragen, welche im Gehäuse 100 angebracht sind. In der Nähe des Zahnrades 12 und verdrehbar gegenüber der Welle 41 befindet sich ein zweites Zahnrad 116 mit großem Durchmesser, welches auf den Lagern 115 und 117 getragen wird. Dieses enthält einen großdurchmessrigen Satz von Zähnen 116a und einen kleindurchmessrigen Satz von Zähnen 116b. Die Zähne 116b kämmen mit einem Zahnrad 54, welches die Kettenzahnräder 18 und (Fig. 1) zum Axialantrieb der Bohrerwelle 12 antreibt. Die groß-

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durchmessrigen Zähne kämmen mit einem Zahnrad 118, welches an einer Welle 120 getragen wird. Am gegenüberliegenden Ende der Welle befindet sich ein Zahnrad 122, welches mit einem Stirnritzel 124 kämmt. Dieses ist an einem Kegelrad 126 angekeilt. Das Kegelrad 126 bildet einen Teil eines Differentialgetriebes, welches eine zentral angeordnete Welle 128 enthält, die im Gehäuse 100 in den Lagern 130 und 132 gehalten wird. An diese Welle ist eine Kreuzgetriebewelle 134 angekeilt, welche Ritzel 136 und 138 trägt. Diese sind mit dem Kegelrad 126 und auch mit einem weiteren Kegelrad in Eingriff. Ein Stirnrad 139 ist am Kegelrad 135 angekeilt. Außerdem ist an der Welle 128 ein Stirnrad 140 angekeilt, welches in ein Stirnrad 142 eingreift, welches auf einer Ausgangswelle 144 eines hydraulischen Motors 146 getragen wird. Der Hydraulikmotor 146 ist am Gehäuse 100 in herkömmlicher Weise, beispielsweise mit Schrauben 148, befestigt.

Fig. 9 ist ein Teilschnitt durch einen Abschnitt des Mechanismus von Fig. 7, gemäß Linie 9-9 von Fig. 7. Dieser Schnitt zeigt die Antriebseinrichtung vom Motor 106 durch dessen Ausgangswelle 150, die an dem Stirnrad 152 angekeilt ist. Dieses wiederum befindet sich in Eingriff mit dem großen Antriebszahnrad 112, welches die Rotationsbewegung von Gehäuse 40 usw. besorgt. Das Antriebszahnrad 112 greift in das Stirnrad 139 tatsächlich so ein, wie dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, die zwischen ihnen in Fig.8 gezeichnet ist. Auf diese Weise werden das Kegelrad 135 und die Ritzel 136 und 138 gedreht.

Der Zweck des Differentialantriebs, der oben beschrieben wurde, besteht darin, einen kontrollierbaren Axialvorschub für die Bohrer-

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- 17 welle 12 zu schaffen, der mit dem Rotationsantrieb koordiniert ist. Fehlt ein Eingangssignal vom Antriebsmotor 146 für den axialen Vorschub, so wird das große Antriebszahnrad 112 direkt vom Rotations-Antriebsmotor 106 angetrieben. Dabei werden auch das Stirnrad 139 und das zugehörige Kegelrad 135 angetrieben. Die Ritzel 136 und drehen sich einfach an ihrer Stelle; das untere Kegelrad 126 und das zugeordnete Stirnrad 124 drehen sich dann mit derselben Geschwindigkeit und in entgegengesetzter Richtung wie das obere Kegelrad 138. Das Zahnrad 124 treibt das Stirnrad 122 auf dem Ende der Welle 120 an, welches das Zahnrad 118 antreibt und zusammen mit dem Zahnrad 116 drehen läßt. Da die Zahnräder 122 und 118 und die Zahnräder 112 und 116 denselben Durchmesser und dieselbe Steigung besitzen, folgt im Ergebnis bei Abwesenheit eines axialen Vorschubs an der Welle 128, daß beide Zahnräder 112 und 116 sich in derselben Richtung mit derselben Geschwindigkeit drehen. Es gibt daher keine relative Geschwindigkeitsdifferenz, welche das Zahnrad 54 drehen könnte.

Nun sei angenommen, daß der Motor 146 für den Axialvorschub sich derart dreht, daß die Welle 128 und die Ritzel 136 und 138 mit einer Umdrehung pro Minute gedreht werden. Nun unterscheiden sich die Drehzahlen des oberen und des unteren Kegelrades 135 bzw. 126 um zwei Umdrehungen pro Minute, so daß beispielsweise das untere Differentialrad 126 sich um zwei Umdrehungen pro Minute schneller als das obere Rad in der entgegengesetzten Richtung dreht. Diese Geschwindigkeitserhöhung wird über die Welle 120 und das Stirnrad 118 auf das große Antriebszahnrad 116 übertragen und läßt dieses etwas schneller drehen als das Zahnrad 112 und das Gehäuse 40. Dies führt zu einer relativen Drehzahldifferenz, welche das Stirn-

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- 18 rad 54 antreibt und den Kettenantriebsmechanismus 10 betätigt.

Direkt mit der Haupt-Differenzwelle 128 ist ein Tiefenindikator 154 verbunden, welcher der Bedienungsperson direkt anzeigt, wie tief die Bohrerwelle sich in dem gerade gebohrten Loch befindet. Diese Information ist offensichtlich direkt mit dem axialen Vorschub in die Welle, vom Antriebsmotor 146 her, verknüpft.

In Fig. 10 ist die Bohrgeometrie dargestellt. Die Breite 173 des Bohrstückes 73, welches am Ende der Bohrerwelle 12 montiert ist, bestimmt den Durchmesser der gebohrten Löcher. Der Durchmesser der den Abraum entfernenden Helix 14 ist etwas kleiner als die Breite des Bohrstückes 173, wodurch Reibung aufgrund der Berührung mit der Seite des Lochs minimalisiert wird. Der Durchmesser 183 der Welle 12 kann willkürlicher gewählt werden. Die Anforderungen sind: ausreichendes Volumen zwischen den Windungen der Spiralvorsprünge zur Entfernung des Abraums und ausreichend Material im Kern zur Übertragung des gewünschten Drehmoments an das Bohrstück, wobei die Tiefe der Axialnut berücksichtigt wird, welche ein Teil der lasttragenden Flächen 62 und 64 bilden kann. Außerdem ist es selbstverständlich nötig, daß der Kühlmittelkanal 77 im Inneren der Welle 12 ausreichend groß ist, um den erforderlichen Kühlmittelstrom bis zur Öffnung 85 durchzulassen.

Um mit verschiedenen Bohrerdurchmessern arbeiten zu können, ist das Antriebs-Verbindungsglied (Fig. 11) so ausgebildet, daß es einen maximalen Durchmesser des helixförmigen Vorsprungs 14 mit einem bestimmten Querschnitt 79 (vgl. Fig. 10) aufnimmt. Da Kräfte und Drehmomente auf den Bohrer nur über einige der seitlichen Flä-

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chen 72,74,76,78,80 und 82 übertragen werden, kann das Verbindungsglied auch Bohrer antreiben, die SehraubenvorSprünge 81 mit kleinerem Durchmesser aufweisen. Diese können dadurch erhalten werden, daß der in Fig. 10 gezeigte maximale Abschnitt 79 verkleinert wird. Der kleinere Durchmesser 181 für die Spirale ermöglicht somit kleinere Breiten 173 des Bohrstücks und somit kleinere Durchmesser der Löcher. Die minimale Größe, mit der gefahren werden kann, ist eine Funktion der Lagerzonen, die auf den verkleinerten Wendelvorsprüngen verfügbar sind, der Anzahl der Verbindungsglieder, die in Berührung mit der Wendel sind, und den Drehmomenten und Kräften, die übertragen werden müssen. Wenn also die Helixkonfiguration mit den Verbindungsgliedern-Konturen koordiniert ist, kann ein ganzer Bereich von Durchmessern der helixförmigen Vorsprünge und somit von Bohrerbreiten mit demselben Antriebsmechanismus gefahren werden. Es ist nur ein Austausch des Bohrers erforderlich, um die Bohrlochgröße zu verändern; kein Teil des Antriebsmechanismus muß ausgetauscht werden. Wie oben erläutert, können die Durchmesser der Antriebswelle beträchtlich variieren, sogar relativ zu den Tiefen der helixförmigen Vorsprünge. Die helixförmigen Vorsprünge haben, so wie sie dargestellt sind, einen im wesentlichen trapezoidförmigen Querschnitt. Es wird bevorzugt, daß sie an der Wurzel dicker sind, wo sie an die Bohrerwelle grenzen, als an der Peripherie. Diese Form, die an eine Zahnstange erinnert, hilft beim Kämmvorgang mit den Antriebs-Verbindungsgliedern. Wenn eine Bohrung mit kleinerem Durchmesser unter Verwendung von einer Welle mit kleinerem Durchmesser gemacht werden soll, werden die helixförmigen Vorsprünge vorzugsweise mit ausreichender Dicke an der Wurzel hergestellt, so daß sie im wesentlichen dieselbe Dicke an der Kante der Nut des Antriebs-Verbindungsglieds haben, als ob sie den

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maximalen Durchmesser hätten, mit dem das Verbindungsglied arbeiten kann. Selbstverständlich arbeitet jedoch der Bohrerantrieb auch noch mit helixförmigen Vorsprüngen geringerer Dicke, wenn auch dies zu einem gewissen Spiel führt, wenn der Antrieb umgekehrt wird; außerdem ergibt sich eine gewisse Anfälligkeit für Verschleiß.

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Claims (9)

P atentansprüche

1. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus mit einer umlaufenden Bohrerwelle und einem Antrieb zu deren Rotations- und/oder Axialbewegung, welcher eine Anordnung aus einer endlosen Kettenschleife umfaßt, welche mit der Welle zu deren axialen Bewegung kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerwelle (12) mit mehreren helixförmig angeordneten VorSprüngen (14) und einer Nut (16) ausgestattet ist, welche axial entlang der Welle (12) geschnitten ist, so daß sich Rücksprünge zwischen den einzelnen helixförmigen Vorsprüngen (1.4) ergeben, und daß der Bohrerantrieb umfaßt: ein Gehäuse (40), welches einen Abschnitt der Bohrerwelle (12) umgibt; mehrere Zahnräder (18) sowie zwei Ketten (32,34) in dem Gehäuse (40), die auf den Zahnrädern (18) getragen sind und von diesen angetrieben werden, wobei die Ketten (32,34) aus Antriebs-Verbindungsgliedern (36) und herkömmlichen Zwischengliedern gebildet wird, welche die Antriebs-Verbindungsglieder (36) miteinander verbinden; daß eine erste Zahnradeinrichtung die Zahnräder (18) antreibt; daß die Antriebs-Verbindungsglieder (36) konkave

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ORIGINAL INSPECTED

Berührungs-Flächen (36a) aufweisen, aus denen sich Dorne bzw. Vorsprünge erstrecken, welche in die Rücksprünge (16) zwischen den helixförmigen Vorsprüngen (14) passen, mit Nuten (36b) , welche die helixförmigen VorSprünge (14) aufnehmen; mit verbindenden Vorsprüngen (38) auf den äußeren Rändern, welche den verbindenden VorSprüngen (38) an den Antriebs-Verbindungsgliedern (36) angepaßt sind, welche an der gegenüberliegenden Kette (32, 34) angeordnet sind, wodurch die Antriebs-Verbindungsglieder (36) eng um die Bohrer-Welle (12) und in Eingriff mit dieser gehalten werden; daß ein Antrieb mit dem Gehäuse (40) verbunden ist, welcher eine Antriebswelle (48) und eine zweite Zahnradeinrichtung (24,44,46) enthält, welche an der Antriebswelle (48) verstiftet ist und mit einem ersten Motor verbunden ist; daß eine dritte Zahnradeinrichtung vorgesehen ist, die koaxial zur zweiten Zahnradeinrichtung ist und relativ zu dieser verdrehbar ist und ein Zahnrad mit großem Durchmesser und ein Zahnrad mit kleinem Durchmesser enthält, welche so angeschlossen sind, daß sie die erste Zahnradeinrichtung antreiben; mit einem Differentialgetriebe, welches zwei Kegelräder enthält, welche eine Differenzdrehung ausführen können, und mit zwei Stirnrädern, welche an den beiden Kegelrädern verstiftet sind, wobei das zweite Stirnrad in Eingriff mit der zweiten Zahnradeinrichtung ist; wobei eine Zahnradwelle ein drittes Stirnrad enthält, welches mit dem Zahnrad großen Durchmessers kämmt, sowie ein viertes Stirnrad, welches mit dem ersten Stirnrad kämmt; daß ein zweiter Motor mit dem Differentialgetriebe verbunden ist und eine Differentialfunktion des Getriebes hervorruft und damit eine Differenz in den Drehgeschwindigkeiten der zweiten und dritten Zahnradeinrichtung, wodurch die erste Zahnradeinrichtung zum Antrieb der

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Zahnräder (18) gedreht wird.

2. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (122,118) mit großem Durchmesser denselben Durchmesser wie die zweite Zahnradeinrichtung (112,116) besitzt, wodurch sowohl die zweite als auch die dritte Zahnradeinrichtung mit derselben Geschwindigkeit umlaufen, wenn keine Eingangsbewegung vom zweiten Motor (146) vorliegt.

3. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgerät (154) mit dem zweiten Motor (146) verbunden ist und die Größe der Axialbewegung der Bohrerwelle (12) anzeigt.

4. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Vorsprünge (38) der Antriebs-Verbindungsglieder (36) Ko..:uren wie Zahnrad-Zahnräder besitzen, was beim glatten Kämmen der Antriebs-Verbindungsglieder (36) hilfreich ist.

5.' Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe eine Kreuzwelle (134) sowie Ritzel (136,138) umfaßt, welche auf der Kreuzwelle (134) in Eingriff mit den Kegelrädern (126,135) getragen sind, und daß der zweite Motor (146) mit der Kreuzwelle (134) so verbunden sind, daß sich·eine Differenzfunktion der Kegelräder (126,135) ergibt.

6. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche

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1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs-Verbindungsglieder (36) außerdem aneinander angepaßte Vorsprünge (84) enthalten, welche sich um eine größere Entfernung nach außen erstrecken als die verbindenden VorSprünge (38), sowie entsprechende Ausnehmungen, wodurch die angepaßten Vorsprünge (84) den Raum in den Ausnehmungen der Antriebs-Verbindungsglieder (36) der gegenüberliegenden Kette einnehmen können und eine seitliche Bewegung der Verbindungsglieder (3 6) verhindern, wenn sie um die Bohrerwelle (12) herum in gegenseitigem Eingriff stehen.

7. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs-Verbindungsglieder (36) mittels Gelenkzapfen mit den Zwischengliedern verbunden sind, und daß die Drehachse der Gelenkzapfen ungefähr durch die Mitte der Kontaktzone der Antriebs-Verbindungsglieder

(36) mit den helixförmigen VorSprüngen (14) verläuft.

8. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach einem der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt: eine Einrichtung, welche den Antrieb der Bohrerwelle (12) gestattet, welche helixförmige Vorsprünge (14) zwischen einem bestimmten maximalen Durchmesser und einem bestimmten minimalen Durchmesser besitzen; daß die Antriebs-Verbindungsglieder (3 6) eine Kontur der konkaven Fläche (36a) und der daran befindlichen Nuten (36b) derart aufweisen, daß sie eine Bohrerwelle aufnehmen können, welche helixförmige Vorsprünge (14) des maximalen Durchmessers besitzen, wobei die Dorne bzw. Vorsprünge genügend lang sind, daß sich ein nennenswerter Kontakt der Rücksprünge (62) einer Bohrerwelle mit Vorsprüngen (14) minimalen Durchmessers ergibt, und daß die Nu-

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ten (36b) eine derartige Breite besitzen, daß sie helixförmige Vorsprünge (14) des maximalen Durchmessers aufnehmen können, ebenso wie diejenigen minimalen Durchmessers, wobei die axiale Nut (16) ausreichend tief auf jeder Bohrerwelle (12) geschnitten ist, daß die Länge des Dorns bzw. des VorSprungs untergebracht werden kann.

9. Bohrer und Bohrer-Antriebsmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die helixförmigen Vorsprünge (14) an ihrer Basis am breitesten sind und sich auf die äußere Kante zu verjüngen; daß die Antriebswellen (12) kleineren Durchmessers als der maximale Durchmesser helixförmige VorSprünge (14) besitzen, deren Dicke in nächster Machbarschaft mit den Nuten im wesentlichen gleich ist wie die Dicke der helixförmigen Vorsprünge (14) von maximalem Durchmesser in nächster Nähe mit den Nuten.

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