DE3021593C2 - Sicherheitskupplung für Drehschlaghämmer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung für Drehschlaghämmer zum Gesteinsbohren, bei denen eine das Drehfutter für den Bohrer aufnehmende Buchse von einem Drehelement über eine Reibungskupplung angetrieben ist, die zwei Sätze von gegeneinander angedrückten Reibscheiben, von denen der eine Satz drehfest mit dem Drehelement und der andere Satz drehfest mit dem Drehfutter verbunden sind, eine auf der einen Stirnseite des Reibscheibenpakets gegen dieses andrückbare Stellmutter und ein die Reibscheiben zusammendrückendes Federelement zum Einstellen des von der Kupplung zu übertragenden Drehmoments aufweist.

Nach einem älteren Vorschlag weist eine derartige Sicherheitskupplung ein Gehäuse, ein treibendes und ein getriebenes Rad sowie einen Bohrerhalter, der mittels einer Buchse mit dem getriebenen Rad im Eingriff steht auf. Das getriebene Rad ist hierbei als Teil einer Reibungskupplung ausgebildet, welche aus übereinander angeordneten Reibscheiben besteht. Ein Satz Reibscheiben ist an der Buchse in axialer und radialer Richtung frei angebracht, während der andere Satz an der Buchse axial verschiebbar aber in radialer Richtung fixiert ist. Die beidseitig äußeren Reibscheiben sind in radialer Richtung mit der Buchse verbunden und zwischen einem Buchsenbund und einer Mutter eingespannt. Eine an der Buchse angebrachte Tellerfeder erzeugt die das Übertragungsmoment der Kupplung bestimmende axiale Andrückkraft. Die Fixierung des eingestellten oder vorgegebenen Momentes, das von der Reibungskupplung übertragen wird, erfolgt mittels eines Sicherungsblechs oder einer Gegenmutter.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist ihre unbefriedigende Einhaltung des eingestellten Übertragungsmomentes nach längeren Betriebszeiten. Infolge der auf die Kupplung wirkenden dynamischen Schlagbelastungen durch z. B. den Schlagkolben verringert sich die von der Feder ausgeübte Andrückkraft für das im statischen Zustand eingestellte Übertragungsmoment. Dieser Nachteil fällt insbesondere dann ins Gewicht, wenn die Kupplung unmittelbar am Bohrerhalter bzw. am Bohrer selbst angebracht ist, da in diesem Fall beim Übergang vom stoßenden in den stoßfreien Betriebszustand ein kurzzeitiges Zusammenwirken des Schlagkolbens und der Buchse erfolgt, an der die Kupplung angebracht ist Der Abfall des eingestellten Übertragungsmomentes ist darauf zurückzuführen, daß die Einstellung der entsprechenden Andrückkraft durch Drehen der auf der Buchse angebrachten Stellmutter erfolgt, wodurch auf die Reibscheiben von der Feder eine vorgegebene axiale Kraft einwirkt, die zur Erzeugung des erforderlichen Moments und zur nachfolgenden Feststellung der Mutter gegen Drehung mittels eines Sicherungsblechs ausreichend ist. Das Beanspruchen der Tellerfeder wird von der Energiedissipation begleitet, weil sich die Stützflächen der Feder auf den Oberflächen verschieben, auf denen die Feder selber abgestützt ist. Dadurch sowie auch durch die Verluste in der Feder selber besitzt die Federkennlinie einen Hystereseverlauf. Bei der Einstellung der Andrückkraft erfolgt die elastische Verformung der Feder entsprechend dem ansteigenden Ast der Hystersiskurve. Nach wiederholten dynamischen Beanspruchungen verläuft die jeweilige Rückstellung der Feder auf dem abfallenden Kurvenast, was bei gleichem Durchbiegungsbetrag zu einer verringerten Andrückkraft und damit zu der unerwünschten Abnahme des Übertragungsdrehmoments der Kupplung führt. Der Abfall des von der Kupplung übertragenen Momentes verschlechtert letzten Endes die Ausgangsparameter des Bohrhammers und vermindert dessen Zuverlässigkeit.

Durch die DE-AS 22 33 130 ist eine Sicherheitskupplung bekanntgeworden, bei der die Kupplungselemente durch eine achsgleich angeordnete Feder über einen eine Schrägfläche aufweisenden Umlenkkörper verspannt sind, und die Kupplungselemente in Umfangsrichtung ungleichmäßig so verteilt sind, daß die Kupplungsteile nur in einer einzigen Winkelstellung, die sie zueinander einnehmen, miteinander kuppelbar sind. Beim Einsatz einer derartigen Sicherheitskupplung bei einem Schlagbohrhammer könnte der Abfall eines übertragenen Drehmoments nicht verhindert werden.

Weiter zeigt die DE-AS 25 08 641 eine Kohlendrehbohrmaschine, bei der zwischen dem Maschinengehäuse und dem Maschinenkörper eine auf ein bestimmtes Drehmoment einstellbare Rutschkupplung als Überlastsicherung vorgesehen ist, wobei die Verbindung des Drucklufteinlasses mit den Druckluftzuführkanälen des Maschinenkörpers durch Verdrehung des Maschinengehäuses gegenüber dem Maschinenkörper unterbrechbar ist. Auch diese Rutschkupplung würde sich nicht zur Konstanthaltung des Drehmoments bei Drehschlaghämmern eignen.

Schließlich ist durch die GB-PS 10 95 067 eine Rutschkupplung für elektrische Werkzeuge bekanntgeworden, bei der in Vertiefungen liegende Kugeln zwischen Zahnrädern als kraftübertragene Glieder dienen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs geschilderte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß der vorstehend angeführte Abfall des übertragenen Dreh-

moments nicht auftritt, wodurch eine hohe Arbeitszuverlässigkeit des Bohrhammers gewährleistet wird.

Eine derartige Konstruktion hat den Vorteil, daß die Kraft, durch die das von der Reibungskupplung übertragene Moment bestimmt wird, auf dem Entlastungsast der Hysteresekurve, der mechanischen Charakteristik der Kupplung, eingestellt wird. Hierbei führen die dynamischen Belastungen, die auf die Kupplung während des Bohrhammereinsatzes einwirken, zu keinem Abfall des von der Kupplung Ό übertragenen Moments.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 — Umsetzvorrichtung des Bohrhammerbohrers im Längsschnitt;

Fig.2 — Lage der Kugel in den Vertiefungen der Reibungsscheibe und in den Mutterbohrungen;

Fig.3 — Diagramm der mechanischen Beanspruchungscharakteristik, wo / die Durchbiegung der Kupplungsfeder und P die auf die Feder einwirkende Kraft bedeutet.

Die in Fig. 1 dargestellte Umsetzvorrichtung enthält ein Gehäuse 1, in dem eine Antriebswelle 2 mit einem aufgezogenen Ritzel 3 untergebracht sind. Eine Sicherheits-Reibungskupplung weist eine Buchse 4, treibende Reibscheiben 5 in Gestalt von mit dem Antriebsrad 3 im Eingriff stehenden Zahnrädern, die an der Buchse 4 in axialer und radialer Richtung frei angebracht sind, sowie getriebene Scheiben 6 auf, die im Wechsel mit den Scheiben 5 angebracht und in radialer Richtung fixiert und axial verschiebbar sind. Die Reibscheiben 5, 6 werden vom Bund der Buchse 4 und von einer Mutter 7 mit Hilfe einer Tellerfeder 8 angedrückt. In der Mutter 7 sind, wie es aus F i g. 2 am besten ersichtlich ist, Bohrungen 9 zur Aufnahme von Kugeln 10 ausgeführt. In einer an der Mutter 7 anliegenden getriebenen Reibungsscheibe 11 sind Vertiefungen 12 ausgebildet, in die die Kugeln 10 beim Gegenüberliegen der Vertiefungen 12 und der Bohrungen 9 einfallen. Die Buchse 4 steht mit einem Bohrerhalter 13 in Eingriff, in dem ein Bohrer 14 festgehalten wird. Hierbei liegen die Kugeln 10 in den Bohrungen 9 der Mutter 7 und den Scheibenvertiefungen 12 mit einem axialen Spiel, das geringer als die Lagerungstiefe der Kugeln in den Vertiefungen 12 bzw. in den Bohrungen 9 ist, was ein bestimmtes Hervortreten der Kugeln in bezug auf die Ebene der Mutter 7 bewirkt. Zur Gewährleistung des Zusammenfallens der Bohrungen 9 der Mutter 7 mit den Vertiefungen 12 der Scheiben 11 ist der Halbmesser des Kreises, auf dem die Vertiefungen 12 liegen, dem Halbmesser des Kreises gleich, auf dem die Bohrungen 9 in der Mutter 7 liegen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:

Bei Drehung der Antriebswelle 2 treibt das Ritzel 3 die Reibscheiben 5. Zusammen mit den Reibscheiben 5 drehen sich aufgrund der Reibungskräfte auch die Scheiben 6 und 11, wodurch die Drehbewegung auf die Buchse 4 und den Halter 13 des Bohrers 4 übertragen wird. Sollte das an der Kupplung eingestellte Moment beispielsweise bei einer Verklemmung des Bohrers 14 im Bohrloch überstiegen werden, rutschen die Reibscheiben 5 gegenüber den Reibscheiben 6 und 11 durch, wodurch die Rotation des Bohrerhalters 13, der Buchse 4 und der Reibscheiben 6 und 11 unterbrochen und auf diese Weise die auf die Hand des Bedienungsmannes wirkende Kraft verringert wird.

Die Stabilisierung des von der Sicherheitskupplung übertragenen Moments und somit die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Drehvorrichtung des Bohrers wird durch die besondere Anordnung der Kugeln 10 erreicht. durch welche auch die Einstellung der Andrückkraft der Reibscheiben 5; 6 und 11 auf aem Entlastungsast a-b-d-Oder Hysteresekurve (F i g. 3) erzielt wird, die die mechanische Charakteristik der Kupplungsbeanspmchang darstellt Die Andrückkraft der Reibscheiben 5; 6 und 11 wird von dem durch die Sicherheitskupplung übertragenen Moment bestimmt und durch Drehung der Mutter 7 gegenüber der Buchse 4 vorgegeben. Durch Verdrehen der Mutter 7 treten die Kugeln 10 aus den Vertiefungen 12 der Scheibe 11 heraus, und die Feder 8 wird mit einer Kraft P3 zusammengedrückt, die, je nach der Größe des aus der Mutter 7 hervortretenden Teiles der Kugeln 10, größer ist, als die zur Einstellung des erforderlichen Moments (Stelle b der Beanspruchiingskurve c-a in Fig.3) notwendige Andrückkraft. Nach einer Verdrehung der Mutter 7 um einen der Anordnung der Vertiefungen 12 in der Scheibe 11 entsprechenden Winkel gelangen die Kugeln 10 in die Nachbarvertiefungen 12 der Reibscheibe 11, wodurch die Feder 8 wieder teilweise entlastet wird. Die verbleibende Belastung der Feder 8 entspricht einer Andrückkraft P₂, welche zum Erhalt des Übertragungsdrehmomentes der Sicherheitskupplung notwendig ist (Stelle b auf der Entlastungskurve a-b von F i g. 3). Die Differenz zwischen den Kräften Pj und P\ stellt die zusätzliche Belastung der Feder 8 bei Drehung der Mutter 7 um einen Winkel zwischen zwei Nachbarvertiefungen 12 der Scheibe 11 dar. Hierbei wird das an der Kupplung bei einer Andrückkraft P₂ an der Stelle b auf der Entlastungskurve a-b (Fig. 3) eingestellte Moment bei Einwirkung dynamischer Belastungen auf die Kupplung erhalten bleiben, d. h. eine kurzzeitige Zunahme der Andrückkraft der Feder 8 erfolgt hierbei längs einer Beanspruchungskurve b-a mit nachfolgender Rückkehr nach der Entlastung längs der Entlastungskurve a-b in die Stelle b.

Aus F i g. 3 ist auch ersichtlich, daß bei den bekannten Umsetzvorrichtungen die Einstellung der Andrückkraft längs dem Beanspruchungsast (Kurve O-e-a) erfolgt. Hierbei erfolgt die Fixierung des vorgegebenen, von der Kupplung zu übertragenen Moments auf dem aufsteigenden Beanspruchungsast O-a der Hysteresekurve von Fig. 3. Bei der Einwirkung einer dynamischen Belastung auf die Kupplung, beispielsweise beim Aufschlagen des Schlagkolbens, erfährt sie oszillierende Bewegungen, während die Feder infolge der Trägheit des Reibscheibenpakets kurzzeitig mit einer zusätzlichen Kraft P3 an der Stelle a des aufsteigenden Astes O-a von F i g. 3 zusammengedrückt wird. Danach dehnt sich die Feder erneut bis zu ihrer ursprünglichen Durchbiegung /'aus. Da diese Ausdehnung der Feder bis zur ursprünglichen Durchbiegung / jedoch auf dem absteigenden Ast a-d der (durch gestrichelte Linie angedeuteten) Hysteresekurve bis zur Stelle d von Fig. 3 verläuft, stellt sich nach dieser Rückverformung eine Andrückkraft Ps ein, die geringer als die ursprünglich eingestellte Andrückkraft P₂ ist, so daß demgemäß das von der Kupplung übertragene Moment abfällt.

Aus dem Vergleich des Verhaltens des von der Kupplung übertragenen Moments bei dessen Einstellung längs der Beanspruchungskurve O-e-a und längs de·· Entlastungskurve a-b-c-d-O ist klar ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Einrichtung die Stabilisierung des von der Kupplung übertragenen Moments bei der Einwirkung dynamischer Belastungen auf dieselbe

gewährleistet.

Gegebenenfalls können die Kugeln und die entsprechenden Aufnahmen an anderen scheibenförmigen bzw. rotationssymmetrischen Bauteilen der Sicherheits-Rutschkupplung vorgesehen sein und die vorstehend erläuterte Funktion erfüllen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Sicherheitskupplung für Drehschlaghämmer zum Gesteinsbohren, bei denen eine das Drehfutter für den Bohrer aufnehmende Buchse von einem Drehelement über eine Reibungskupplung angetrieben ist, die zwei Sätze von gegeneinander angedrückten Reibscheiben, von denen der eine Satz drehfest mit dem Drehelement und der andere Satz drehfest mit dem Drehfutter verbunden sind, eine auf der einen Stirnseite des Reibscheibenpakets gegen dieses andrückbare Stellmutter und ein die Reibscheiben zusammendrückendes Federelement zum Einstellen des von der Kupplung zu übertragenden Drehmoments aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der der benachbarten Reibscheibe (11) zugewandten Stirnfläche der Stellmutter (7) entlang eines Kreises gleichmäßig verteilt Ssckbohrungen (9) angeordnet sind, denen in der der Stellmutter (7) zugewandten Stirnfläche dieser Reibscheibe (11) entlang eines Kreises gleichen Durchmessers liegende Vertiefungen (12) zugeordnet sind, wobei zwischen jeder Sackbohrung (9) und der dieser zugeordneten Vertiefung (12) eine Kugel (10) mit axialem Spiel angeordnet ist, das geringer ist als die jeweilige Eintauchtiefe der Kugel (10) in die Sackbohrung (9) und die Vertiefung (12).
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (8) und die Stellmutter (7) an der jeweils entgegengesetzten Stirnseite des Reibscheibenpakets angeordnet sind.