DE3411889C1

DE3411889C1 - Dämpfungsanordnung für Torsionsschwingungen des Bohrgestänges

Info

Publication number: DE3411889C1
Application number: DE19843411889
Authority: DE
Inventors: Hans-Günther Prof. Dr.-Ing. 7324 Rechberghausen Rohs
Original assignee: Oerlikon Boehringer GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-09-12

Description

Wie F i g. 1 zeigt, ist bei 27 ein Bohrer 11 mit einer Arbeitsspindel 28 verbunden, an deren hinteren Ende axial verschiebbar und drehfest eine Schiebemuffe 15 angeordnet ist Die Muffe 15 ist durch ein Gestänge 16, 30 axial verschiebbar. Die Muffe 15 trägt einen axialen Metallstift 14, der in eine Öffnung eines Antriebszahnrades 25 eingreift. Der Stift 14 trägt an seinem vorderen Ende eine Gummimuffe 13 mit Umfangsrippen 29. Die Gummimuffe 13 mit den Umfangsrippen 29 bilden eine drehelastische Kupplung 12, die in Abhängigkeit von der Lage der Schiebemuffe 15 einstellbar ist, wobei mehr oder weniger Umfangsrippen 29 der Muffe 13 am Antriebszahnrad 25 angreifen.
Das Antriebszahnrad 25 ist durch Bolzen 18 mit einer Schwungmasse in Form eines Schwungrades 17 verbunden, das durch Kugellager auf der Arbeitsspindel 8 drehbar gelagert ist.
Die Dämpfungsanordnung weist zusätzlich zur drehelastischen Kupplung eine Reibungskupplung auf, die aus einer keilförmigen Kunststoffbuchse 20 besteht, die auf einer Metallbuchse 19 verschiebbar ist, die drehfest auf der Arbeitsspindel 28 sitzt. Die keilförmige Buchse 20 greift in eine entsprechende keilförmige Öffnung des Schwungrades 17 ein. Das Schwungrad 17 ist somit über zwei parallel geschaltete Kupplungen mit der Arbeitsspindel verbunden.
Die Eindringtiefe der Buchse 20 in das Schwungrad 17 kann durch eine hydraulische Kolben- und Zylinderanordnung 23 verändert werden, die durch ein Gestänge 24 mit der Buchse 20 verbunden ist. Der eine Ring eines Kugellagers 21 ist mit dem Gestänge 24 und der andere mit der Buchse 20 verbunden. Je nach Eindringtiefe der Buchse 20 in das Schwungrad 17 kann der Schwingungszustand des Schwungrades beeinflußt werden.
An der Arbeitsspindel 28 auftretende Schwingungen können, wie Fig. 2 zeigt, durch einen Schwingungssensor 22 erfaßt werden, der mit einem Regelkreis 33 , der wiederum die Kupplung 12 und/oder die Kupplung 20, die beide parallel geschaltet sind, so regelt, daß eine optimale Dämpfung erreicht wird.
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Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen des Bohrgestänges an Bohrmaschinen, insbesondere an Gesteinsdrehbohrmaschinen und Tiefbohrmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Arbeitsspindel (28) für das Bohrgestänge eine Schwungmasse (17) angeordnet ist und mit dieser über eine Reibungskupplung (20) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine drehelastische Kupplung (12) parallel zur Reibungskupplung (20).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rutschmoment der Reibungskupplung (20) einstellbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rutschmoment bei umlaufender Arbeitsspindel (28) einstellbar ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteife der elastischen Kupplung (12) einstellbar ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteife bei umlaufender Arbeitsspindel (28) einstellbar ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse (17) mit dem Antriebszahnrad (25) starr verbunden ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspindel (28) ein kleines Massenträgheitsmoment aufweist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schwingungssensor (22), zur Ermittlung des Schwingungszustands der Arbeitsspindel (28) und einen Regelkreis (33) zu derartiger Einstellung der elastischen Kupplung (12) und/oder der Reibungskupplung (20), daß die Dämpfungswirkung der Anordnung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Sensors (22) möglichst groß ist
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drehelastische Kupplung (12) eine Schiebemuffe (15) aufweist, die auf der Arbeitsspindel (28) axial verschiebbar angeordnet ist und einen axialen Stift (14) trägt, der mit einer Gummimuffe (13), die Umfangsrippen (29) aufweist, mit einstellbarer Tiefe in das Antriebszahnrad (25) der Arbeitsspindel (28) eingreift.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemuffe (15) über ein Gestänge (16,30) verschiebbar ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung eine keilförmige Buchse (20) aus Kunststoff aufweist, die axial verschiebbar auf der Arbeitsspindel (28) angeordnet ist und die in eine entsprechende keilförmige Öffnung der Schwungmasse (17) eingreift.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Buchse (20) auf einer Metallbuchse (19) verschiebbar angeordnet ist, die drehfest auf der Arbeitsspindel (28) sitzt.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Buchse (20) hydraulisch axial verschiebbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Bohrmaschinen, insbesondere bei Gesteinsdrehbohrmaschinen, treten häufig Torsionsschwingungen auf, die nachteiligen Einfluß auf die Oberflächengüte der Bohrung, die Standzeit der Werkzeuge und die Belastung des Antriebsgetriebes haben. Derartige Torsionsschwingungen können wie auch in der US-PS 4254837 dargestellt, durch Anbringen von Dämpfern am Schaft des Werkzeuges bzw. bei Tiefbohrmaschinen am Bohrrohr gemindert oder beseitigt werden.

Die Anbringung eines Dämpfers am Schaft des Werkzeuges hat die Nachteile, daß das Wechseln des Werkzeuges erschwert wird, für verschiedene Werkzeugdurchmesser unterschiedliche Dämpfer oder zumindest geeignete Anpassungsstücke notwendig sind und der Dämpfer nur am äußersten Ende des Werkzeugs angreifen kann, wenn das Werkzeug tief ins Gestein bzw.

in ein Werkstück eingedrungen ist, wobei aber die Amplitude der Torsionsschwingung am äußersten Ende des Werkzeugs am kleinsten und damit die Dämpfungswirkung am geringsten ist.

Andererseits wird aber auch festgestellt, daß auch in der Maschine im Bereich des hinteren Endes der Antriebswelle große Schwingungsamplituden auftreten, die durch die Verwendung der bekannten Dämpfer nicht beseitigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungsanordnung zu schaffen, die eine größtmögliche Dämpfung der Torsionsschwingungen unabhängig von der Art des verwendeten Werkzeugs und einem Werkzeugwechsel ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verbindung der Schwungmasse mit der Arbeitsspindel über eine Reibungskupplung wird sowohl erreicht, daß das auf die Arbeitsspindel übertragene Drehmoment auch bei Auftreten von Torsionsschwingungen möglichst gleichmäßig ist, als auch eine optimale Dämpfung der Schwingungen ermöglicht Parallel zu der Reibungskupplung kann eine drehelastische Kupplung vorgesehen sein. Beide Kupplungen können einstellbar ausgebildet sein, so daß eine Anpassung an unterschiedliche Schwingungszustände möglich ist Die Schwingungszustände können von der Eindringtiefe des Werkzeugs in ein Werkstück, vom Durchmesser der zu erstellenden Bohrung, vom Werkstückmaterial, vom Werkzeug selbst und dergleichen abhängen.

Ermittelt man den Schwingungszustand der Arbeitsspindel mittels eines Sensors, dessen Ausgangssignal einem Regelkreis zugeführt wird, kann von diesem aus die Einstellung der Kupplungen geregelt werden, so daß im Betrieb eine ständige Anpassung und damit eine optimale Dämpfung erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt einer Bohrmaschine im Bereich der Arbeitsspindel und F i g. 2 ein Schaltbild des Regelkreises der Dämpfungsanordnung.