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Handgeführte Druckluftbohrmaschine
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Die Erfindung betrifft handgeführte Druckluftbohrmaschinen, wie sie
seit Jahrzehnten in Bergwerksbetrieben, in Steinbrüchen und beim Tunnelbau Verwendung
finden. Diese Maschinen haben vorwiegend seitlich am Motorgehäuse 2 Stück gegenüberliegend
angeordnete Handgriffe. In einem Handgriff ist die Druckluftzuführung mit Absperrventil
vorgesehen und im gegenüberliegenden Handgriff der Druckluftaustritt. Die verwendeten
Bohrgestänge mit und ohne Transportschnecke werden mittels konischem oder zylindrischem
Führungsschaft in das sogenannte Bohrfutter der Maschinen fluchtend eingeführt,
wobei eine formschlüssige Ausnehmung im Bohrfutter einerseits den Führungsschaft
aufnimmt, anderseits auf die Transportschnecke oder auf speziell hierfür vorgesehene
Mitnehmernocken das Drehmoment überträgt. Es sind auch Bohrgestänge bekannt, wobei
der Führungsschaft die Form eines Vielecks besitzt und somit beide Aufgaben, nämlich
Führung und Drehmomentübertragung, übernimmt. Zu den verschiedenen Bohrgestängeausführungen
müssen die Maschinen immer individuell mit dem dazupassenden Bohrfutter ausgerüstet
sein. Um die Maschinen leicht zu gestalten, hat man für die Gehäuse weitestgehend
Leichtmetall verwendet.
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Diesen Maschinen hängen Mängel und Nachteile an, die den heutigen
Anforderungen auf Sicherheit oder Beanspruchung des Bedienungspersonals nicht mehr
entsprechen.
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Diese Nachteile sind: 1.) Das verwendete Leichtmetall kann beim Aufschlagen
auf andere Gegenstände zu einer zündfähigen Funkenbildung führen und stellt damit
in schlagwettergefährdeten Betrieben eine große Gefahr dar.
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2.> Die Lärmbelästigung ist außerordentlich groß, weil die relativ
kleine Abmessung des Handgriffes, durch welchen die verbrauchte Druckluft austritt,
den Einbau eines wirksamen Schalldämpfers nicht zuläßt, und so die expandierende
Druckluft mit hoher Geschwindigkeit ins Freie tritt.
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3.) Sobald mit nicht genügend hohem Andruck gebohrt wird, geht die
Drehzahl der Maschinen sehr hoch, was einmal zu vorzeitigem Verschleiß des Bohrwerkzeuges
führt, zum anderen sehr hohe Pfeiftöne verursacht und die Lärmbelästigung vergrößert.
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4.) Beim Festfahren des Gestänges schnellt das Drehmoment und mithin
das Haltemoment aufgrund der Charakteristik des Druckluftmotors um ein Mehrfaches
hoch. Hierdurch besteht die Gefahr, daß die Maschine herumschlägt und so den Bedienungsmann
verletzt.
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5.) Die vom Bohrgestänge herrührenden Schwingungen werden direkt auf
die Maschine und somit auf den Bedienungsmann übertragen.
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6.) Die Bohrfutter für die Bohrgestängeaufnahme müssen bei Wahl einer
anderen Bohrgestängeausführung immer kompl.
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ausgetauscht werden. Das Auswechseln ist meistens nur in einer Werkstatt
möglich.
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Mit dem Ziel einen Teil dieser Mängel zu beheben, hat man bisher versucht,
die gefährlichen Drehmomentspitzen durch den Einbau einer Rutschkupplung unschädlich
zu machen, einmal durch Ausnutzung des Kupplungsschlupfes, zum anderen durch automatische
Absperrung der Druckluftzufuhr nach dem Ansprechen der Rutschkupplung. Diese Bemühungen
haben bisher nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt, weil die Reibungswertschwankungen
aller bisher verwendeten Rutschkupplungen noch zu groß sind, man daher die Ansprechgenauigkeit
bzw. das Ansprechdrehmoment nicht exakt beherrscht, zumal in den rauhen Betrieben,
wo diese Maschinen zum Einsatz kommen, Verschmutzungen und damit verbundenes Festrosten
nicht immer vermieden werden können. Selbst /un bei Inkaufnahme der Ansprechgenauigkeit
haben diese Lösungen in bohrtechnischer Hinsicht den großen Nachteil, daß nach dem
Ansprechen der Rutschkupplung das noch übertragene Drehmoment
wesentlich
geringer ist als das Ansprechmoment, bzw. nach der Druckluft absperrung gar kein
Drehmoment mehr übertragen wird.
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Diese Eigenschaft erschwert den Bohrablauf sehr und führt häufig zum
Verlust des nur leicht festgebohrten Bohrgestänges.
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Die vorliegende Erfindung behebt die aufgezeigten Nachteile durch
die in den Patentansprüchen aufgeführten Konstruktionsmerkmale. Die eigentliche
Handdrehbohrmaschine wird zur Vermeidung der Zündgefahr mit einem zusätzlichen Schutzgehäuse
aus Stahlblech, Kunststoff oder sonstigem, keine Zündfunken abgebenden Material
umgeben, so daß zur Gewichtseinsparung die Maschinengehäuse weiterhin aus Leichtmetall
gefertigt werden können.
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Um die Schwingungen vom Bedienungsmann fernzuhalten oder zumindest
stark zu dämpfen, sieht die Erfindung vor, mittels elastischen Materials die Bohrmaschine
in dem umgebenden Schutzgehäuse zu lagern und auch das Bohrfutter innen im Bereich
der Bohrgestängeaufnahme mit elastischem Material auszukleiden.
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Um den kompl. Bohrfutterwechsel bei Einsatz eines anderen Bohrgestänges
zu vermeiden, ist ein Universalbohrfutter vorgesehen mit einer leicht auswechselbaren
formschlüssig zum jeweiligen Bohrgestänge passenden Scheibe.
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Das die Bohrmaschine umgebende Schutzgehäuse ist wie bisher mit zwei
gegenüberliegenden Haltegriffen ausgerüstet, wobei in einem wieder die Druckluftzuführung
vorgesehen ist. Die Abluft tritt hierbei an einer oder mehreren, den Bedienungsmann
nicht störenden Stellen aus. Hierdurch sind große Querschnitte und damit geringe
Ausströmungsgeschwindigkeiten der Abluft möglich, so daß mit zusätzlichen Lärmdämpfungsmaßnahmen
innerhalb des relativ großräumigen, die Maschine umgebenden Schutzgehäuses eine
hervorragende Schalldämpfung gegeben ist.
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Zur Begrenzung der gefährlichen Drehmomentspitzen beim Festklemmen
des Bohrwerkzeuges sieht die Erfindung eine Drehmomentmeß- und Begrenzungseinrichtung
vor. Diese besteht aus
einem am Motorgehäuse der Maschine tangential
angeordneten Steuergehäuse mit innenliegendem Steuerkolben. Letzterer ist einseitig
mittels einer Feder druckbelastet, sofern man unabhängig vom Betriebsdruck ein vorgegebenes
Drehmoment nicht überschreiten will, oder einseitig druckluftbelastet, wenn man
die erhöhte Leistung der Maschine bei erhöhtem Betriebsdruck optimal ausnutzen will
bei gleichzeitiger Vermeidung von plötzlich hochschnellenden Drehmomentspitzen im
Blockierungsfall. Hierfür sind die elastischen schwingungsdämpfenden Verbindungselemente
zwischen der Bohrmaschine und dem Schutzgehäuse wie Lagerringe ausgeführt und in
entsprechend eingearbeiteten Nuten an der Maschine gehalten, so daß die Bohrmaschine
um die Längsachse schwenkbar gelagert ist. Der Steuerkolben, einerseits feder- bzw.
druckluftbelastet, stützt sich auf einen Anschlag, dem Drehmoment der Maschine entgegen
gerichtet, im Schutzgehäuse ab. Der Steuerkolben regelt je nach Maschinenbelastung,
bzw. nach der Höhe des daraus resultierenden Drehmoment es, den Druckluftzuführungsquerschnitt
zum Motor. Beim Anbohren oder nicht genügend belasteten Lauf der Maschine ist das
auftretende Drehmoment so gering, daß die vorgegebene Druckbelastung des Steuerkolbens
noch nicht überwunden werden kann. In dieser Stellung ist der Eintrittsquerschnitt
der Druckluft so bemessen, daß die Maschine mit der gewünschten Drehzahl läuft,
und der hohe Lärmpegel vermieden wird. Erst wenn beim Bohren der Maschine ein höheres
Drehmoment abverlangt wird, wird je nach Höhe des aufgebauten Drehmoment es die
Feder- bzw. die unter dem Steuerkolben stehende Druckluftspannung überwunden, so
daß der Steuerkolben ins Steuergehäuse eingeschoben wird, und dabei gleichzeitig
den Druckluftzuführungsquerschnitt entsprechend vergrößert. Erst bei Überschreitung
des vorgegebenen Drehmoment es durch weiteres Einschieben des Steuerkolbens wird
die Druckluftzuführung wieder vermindert. Durch die Anordnung der Überlastsicherung
innerhalb des Schutzgehäuses wird diese ständig von der verbrauchten, leichte Ölnebel
mitführenden Druckluft umspült, so daß jede zusätzliche Wartung vorteilhafterweise
entfallen kann.
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Es bleibt selbstverständlich dem Konstrukteur überlassen, anstelle
der vorgenannten starren Anschläge im Schutzgehäuse nachstellbare Anschläge vorzusehen,
um so die gewünschte Leerlaufdrehzahl individuell leichter einstellen zu können.
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Um die Schwenkbarkeit der wie vorstehend beschriebenen drehbar gehaltenen
Bohrmaschine um ihre Längsachse zu gewährleisten, muß sich die Druckluftzuführung
der jeweiligen Maschinenstellung anpassen. Hierfür sieht die Erfindung ein Unförmig
gebogenes Rohr vor, welches einerseits drehbar in den Anschluß des Steuerzylinders
eingeführt wird und anderseits schwenkbar mit gleichzeitigem Längenausgleich mit
dem Druckluftzuführungsventil verbunden ist.
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Der Erfindungsgedanke ist auf der beigefügten Zeichnung sche-..latisch
dargestellt und nachstehend beschrieben.
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Figur I zeigt einen Längsschnitt durch das Schutzgehäuse, die schwingungsdämpfenden
Lagerringe, das Bohrfutter, die Druckluftanschlußstellen mit Anschlußrohr und Maschine,
letztere in Ansicht, Figur II einen Querschnitt längs der Linie AB.
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Die Bohrmaschine 1 ist in dem Schutzgehäuse 2 mittels elastischer
Ringe 3 und 4 drehbar gelagert, so daß keine metallische Berührung gegeben ist.
Das Bohrfutter 5 ist ebenfalls mit einer aus elastischem Material bestehenden Führungshülse
6 ausgekleidet und mit einer leicht auswechselbaren Scheibe 19 passend zu der jeweiligen
Bohrgestängeausführung, ausgerüstet. Zur Dämpfung des auftretenden Druckluftlärmes
ist das Schutze häuse 2 mit einer schallschluckenden Auskleidung 7 ausgerüstet.
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Figur II zeigt die Anordnung des Steuerzylinders 8 mit Steuerkolben
9, welcher sich auf Anschlag 10 abstützt. Die Arbeitsweise ist folgende: Wird im
Leerlauf bzw. beim Anbohren das Druckluftzuführungsventil i4 voll geöffnet, gibt
der unter Federkraft bzw. Druckluft spannung stehende Steuerkolben 9 nur soviel
Querschnitt für die zugeführte Druckluft frei, daß die Maschine mit einer verringerten
Drehzahl geräuscharm läuft.
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Erst beim Bohren, wenn ein höheres Drehmoment aufgebaut wird, wird
die Rückstellkraft der in den elastischen Ringen 3 und 4 drehbar gelagerten Bohrmaschine
1 größer, überwindet bis zum vorgegebenen Maß die Kraft des Steuerkolbens 9, wodurch
dieser tiefer in den Zylinder eintaucht und gleichzeitig einen große ren Querschnitt
zum Druckluftmotor freigibt. Wird die vorgegebene Drehmoment spitze überschritten,
taucht der Steuerkolben 9
noch tiefer ein und verringert hierbei
gleichzeitig wieder den Querschnitt der Druckluftzuführung, so daß das vorgegebene
maximale Drehmoment nicht überschritten werden kann bzw. immer konstant gehalten
wird.
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Um das freie Schwingen der Maschine in jeder Stellung zu gewährleisten,
ist das Druckluftzuführungsrohr 11 zylindrisch in den Anschluß 12 drehbar eingeführt
und mittels bajonettartigem Verschluß 13 gegen ungewolltes Herausrutschen gesichert.
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Für die Verbindung mit dem Druckluftzuführungsventil 14 ist letzteres
im Verbindungsbereich zu dem Druckluftzuführungsrohr 11 mit einer kugelähnlichen
Andrehung 15 versehen und mittels Dichtring 16 im zylindrischen Muffenstück 17 des
Drucke luftzuführungsrohres 11 abgedichtet. Durch die kugelförmige Andrehung 15
ist das freie Schwenken der drehbar gelagerten Bohrmaschine 1 möglich, weil sich
das Druckluftzuführungsrohr 11 infolge der leicht beweglichen Anschlüsse immer ohne
erhöhten Kraftaufwand der jeweiligen Maschinenstellung anpaßt.
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Bohrgestänge 18 mit Transportschnecke wird in die elastische, relativ
lang bemessene Führungshülse 6, die im Innendurchmesser etwas kleiner gewählt ist
als der Außendurchmesser der Transportschnecke, schließend eingeführt. Hierdurch
ist eine ausreichende, schwingungsgedampfte Axialführung gewährleistet, so daß auf
zusätzliche, bisher übliche zylindrische oder konische Führungszapfen verzichtet
werden kann. Das Drehmoment wird mittels formschlüssiger Scheibe 19 auf die Transportschnecke
bzw. Mitnehmernocken des jeweiligen Bohrgestänges übertragen.
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Sofern Bohrgestänge mit Vielkantsteckzapfenaufnahme verwendet werden
sollen, wird die Scheibe 19 entsprechend ausgebildet, so daß sich aber immer die
verlängerte Vielkantsteckzapfenaufnahme in der elastischen Führungshülse 6 abstützt.