DE3712485C2 - Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, die ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Schlageinrichtung, eine als Drehantrieb für ein an der axialen Ver­ längerung der Schlageinrichtung angeordnetes Bohrer­ einsteckende fungierende Drehhülse und ein im Gehäuse angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von sich über das Bohrereinsteckende auf das Gehäuse richtenden Axialkräften aufweist, welches Axiallager unter der Einwirkung eines Druckmediums in Achsrichtung federnd ist.

Bei den bekannten hydraulischen Schlag­ bohrmaschinen richtet die Schlag­ einrichtung aufeinanderfolgende, axiale Schläge auf das Bohrereinsteckende, an dem eine Bohrstange befestigt ist. Das Bohrereinsteckende ist mittels der Drehhülse drehbar und axial gleitend im Gehäuse gelagert und befindet sich im Eingriff mit einem Drehantrieb. Das Gehäuse ist auf einem Vorschubschlitten befestigt, auf dem die Bohrmaschine entlang eines Vor­ schubbalkens der Bohrausrüstung bewegt wird.

Beim Bohren eines Felsens wird ein Schlagimpuls vom Felsen in die Bohrmaschine zurückgeworfen und muß in irgendeiner Weise in der Bohrmaschine aufgefangen werden. Zur Auf­ nahme dieses Impulses sind an Bohrmaschinen verschiedene federnde Axiallager entwickelt worden, die die Bohrmaschine vor zurückgerichteten, schlagartigen Spannungsimpulsen schützen sollen. Solche federnden Axiallager sind z. B. aus der finnischen Patentschrift 58 816, der deutschen Auslegeschrift 27 38 956, der schwedischen Auslegeschrift 4 40 873 und der deutschen Offenlegungs­ schrift 26 10 619 bekannt.

Die Schwäche der bekannten, federn­ den Axiallager ist unter anderem ihre Kompliziertheit und die Anzahl von erforderlichen Abdichtungen sowie das Fehlen der Möglichkeiten zur Regelung der Federung, das heißt, die Steife der bekannten Axiallager ist konstant. Weitere Nachteile sind die Verzögerung der Federwirkung und seine Abhängigkeit von der auf die Bohrmaschine zu richtenden Vorschubkraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Federung des Axiallagers einstellbar zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallager derart einstellbar sind, daß die Lage des Axiallagers sich in normaler Betriebsstellung der Bohrmaschine zwischen den Endlagen des Axiallagers befindet.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß das Axiallager so geregelt werden kann, daß ein unverzögertes Reagieren auf einen gegen das Bohrer­ einsteckende gerichteten Rückimpuls möglich wird. Ein Vorteil ist auch, daß die Federung des Axiallagers so ausgeführt werden kann, daß sich eine Änderung eines gegen das Bohrereinsteckende gerichteten Rück­ stoßes nicht auf die Bohrausrüstung auswirkt, wodurch die Beanspruchungen der Bohr­ maschine erheblich vermindert wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist einfach, da zum Beispiel keine Abdichtungen vorhanden sind. Wegen der einfachen Konstruktion sind die Herstellungs- und Wartungskosten gering.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, wobei

Fig. 1 eine prinzipielle Seitenansicht einer Bohrmaschine mit einer Axiallageranordnung ist,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Pfeile II-II in Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 die Axiallageranordnung in Ver­ größerung zeigt,

Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 nach einem Hub eines Hubkolbens zeigt,

Fig. 5 die Anordnung der Fig. 3 und 4 nach dem Verschieben der Kolben zeigt,

Fig. 6 eine prinzipielle Ansicht einer Bohr­ maschine zeigt, die mit einer Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel versehen ist,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Pfeile VII-VII der Fig. 6 zeigt und

Fig. 8 eine Ausführungsform der Anordnung der Fig. 7 zeigt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bewegt sich ein Hubkolben 1 in einem Gehäuse 6, das in bekannter Weise aus mehreren Teilen besteht. Ein Bohrereinsteckende 2 ist axial beweglich und drehbar in dem Gehäuse gelagert. Seine rotierende Bewegung erhält das Bohrereinsteckende 2 mittels eines Zahnradgetriebes von einem separaten hydraulischen Motor. Der hydraulische Motor und das Zahnradgetriebe sind in den Figuren nicht gezeigt. Der Umfang einer Drehhülse 3 ist mit einer Verzahnung versehen, die mit dem genannten Zahnrad kämmt. An der Innenfläche der Drehhülse 3 sind Klauen­ zähne angeordnet, die gegenüber der Klauenverzahnung des Bohrereinsteckendes axial verschieblich sind. Die beiden Enden der Drehhülse 3 sind mit ihrem Umfang radial in dem Gehäuse 6 gelagert. Das Bohrereinsteckende 2 ist mit seinem vorderen Ende im Gehäuse 6 und mit seinem hinteren Ende in der Drehhülse 3 mittels eines Lagers 8 axial gelagert.

Diese Konstruktion ist einem Fachmann geläufig, so daß Details oder ihre Funktion in diesem Zusammenhang nicht genauer beschrieben werden.

Zur Aufnahme der vom Felsen auf die Bohrmaschine zurückgeworfenen Schlagimpulse ist im Gehäuse 6 ein axial federndes Drucklager angeordnet, das sich zur Erzielung dieser Federwirkung unter dem Einfluß eines einwirkenden Druck­ mediums in Achsenrichtung bewegt. Der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers sind so einstellbar, daß sich das Axiallager in der normalen Betriebslage zwischen den Endlagen des Axiallagers befindet. Dieses Axiallager wird vorzugsweise durch mehrere Kolben 4 gebildet, die in axialen, durch ein Kanal­ system 7 miteinander verbundenen Ausnehmungen angeordnet sind, die in gleichen Abständen im Gehäuse 6 um das Bohrereinsteckende 2 herum vorgesehen sind (Fig. 2).

Gemäß Fig. 1 mündet das Kanalsystem 7 jeweils in den Boden der Ausnehmungen hinter den Kolben 4, wobei die Bohrmaschine in der Vorschubrichtung betrachtet wird. Dieses Kanalsystem 7 besteht aus einem ringförmigen Kanal 7a, aus Kanälen 7b, die von dem Kanal 7a in die Ausnehmungen führen, und aus einem Eingangs- und einem Ausgangskanal 7c bzw. 7d. Im Ausgangskanal 7d ist eine Drossel 12 angebracht, durch die eine auf den Kopplungsteil des Bohrereinsteckendes zu leitende Schmiermittelströmung gesteuert wird. An den Eingangskanal 7c sind später zu beschreibende hydraulische Komponenten angeschlossen, die die Strömung und den Druck des Druckmediums im Kanalsystem 7 des Axiallagers regeln.

Eine Vorwärtsbewegung der Kolben 4 des Axiallagers wird durch einen im Gehäuse 6 befindlichen Ring 5 begrenzt, dessen Innenumfang kleiner ist als der Umfang einer um die Kolben 4 gezeichneten Hüllkurve. Die Rückwärtsbewegung jedes Kolbens 4 wird durch den Boden der betreffenden Ausnehmung begrenzt. Die Drehhülse 3 ist an ihrem vorderen Ende im Gehäuse 6 und an ihrem hinteren Ende an den Stirnflächen der Kolben 4 axial gelagert. Da die Kolben 4 ohne Abdichtungen eingesetzt sind, erfolgt ein Lecken von Druck­ flüssigkeit, wobei der Austritt von Druckflüssigkeit in den Hubraum durch eine Abdichtung 9 verhindert ist. Die Abdichtung 9 befindet sich am hinteren Ende des Bohrereinsteckendes. Der Austritt des als Druckflüssigkeit dienenden Öls aus dem vorderen Teil des Gehäuses 6 ist dagegen durch eine Abdichtung 11 verhindert.

Die Konstruktion und Schmierung des Kupplungs­ teils der Drehhülse 3 und des Bohrereinsteckendes 2 können zum Beispiel entsprechend der finnischen Patent­ schrift 66 459 ausgebildet sein. Bezüglich der Schmierung sei nur erwähnt, daß Luft vor die Abdichtung 9 in das hintere Ende des Bohrereinsteckendes 2 geleitet wird. Die Lufteinblasung wird mit IP in Fig. 1 bezeichnet. Die Aufgabe dieser Luft ist, das Öl an die Schmierstellen der Lager zu befördern, Schwankungen bei der Strömung auszugleichen und eine Kavitation zu verhindern. Das Öl wird entlüftet, bevor es filtriert und in den Tank ein­ geführt wird.

Das in der Ausführungsform der Fig. 1 verwendete Axiallager ist vergrößert in den Fig. 3 bis 5 gezeigt.

In Fig. 3 ist der begrenzte Bewegungsbereich der Kolben 4 des Axiallagers mit ΔX bezeichnet. Unter "der begrenzte Bewegungsbereich" wird in diesem Zusammenhang der axiale Bewegungsbereich ver­ standen, in dem der Kolben sich bewegen kann. Dieser Bewegungs­ bereich ist durch den Ring 5 und den Boden der Ausnehmung begrenzt. In Fig. 3 befindet sich der Kolben 4 am Boden in einer Lage Y. Der in das Kanalsystem 7 zu leitende Druck richtet eine Kraft auf die Kolben 4, wobei jeder Kolben 4 sich gegen die Drehhülse 3 abstützt, die sich ihrerseits gegen das Bohrereinsteckende 2 abstützt. Diese Situation wird in Fig. 3 gezeigt.

Bei einem Hub des Hubkolbens 1 wird das Ende des Bohrer­ einsteckendes 2 beaufschlagt und stufenweise schnell um ΔZ verschoben. Diese Situation wird in Fig. 4 gezeigt.

Danach wird die Drehhülse 3 von den Kolben 4 rasch der Bewegung des Bohrereinsteckendes 2 nachgeführt, so daß die Drehhülse 3 wieder an dem Bohrereinsteckende 2 anliegt. Diese Situation wird in Fig. 5 gezeigt.

Nach dem von dem Hubkolben 1 erzeugten Hub verursacht der vom Felsen zurückgeworfene Spannungsimpuls eine schnelle, stufenweise Verschiebung am Bohrereinsteckende 2, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Beim Eintreffen des zurückgeworfenen Impulses befindet sich die Drehhülse 3 jedoch in der Stellung der Fig. 5, wodurch die axiale Bewegung des Bohrereinsteckendes 2 von den federnden Kolben 4 des Axiallagers aufgenommen wird. Da die Kolben 4 und die Drehhülse 3 den Bewegungen des Bohrereinsteckendes 2 nahezu ohne Verzögerung folgen, kann der sich auf das Bohrer­ einsteckende 2 richtende Rückstoßimpuls von den Kolben 4 des Axiallagers aufgenommen werden, und zwar unabhängig von der Verzögerung des Eintreffens des Rückstoß­ impulses.

Würde der Fall eintreten, daß die Kolben 4 sich in ihre vordere Endlage verschoben haben, das heißt in eine Lage, wo Y=ΔX, so können die Kolben 4 der weiter erfolgenden Verschiebung des Bohrereinsteck­ endes 2 nicht folgen. Dann wäre das Bohrereinsteckende 2 nicht abgestützt, wobei der sich auf das Bohrereinsteck­ ende 2 richtende, zurückgeworfene Druckspannungsimpuls in einen Zugspannungsimpuls verkehren würde, der die Aus­ rüstung und ihre Verbindungsstellen beansprucht. Die Drehhülse 3 trifft auf das Bohrereinsteckende 2, und zwar infolge einer auf die Bohrmaschine gerichteten Vorschubkraft. Dies erfolgt jedoch mit einer großen Zeitverzögerung, während der die Kolben 4 des Axiallagers die auf das Bohrereinsteckende 2 gerichteten Rückstoßimpulse nicht dämpfen können.

Ebenso wird eine Federung ganz verhindert, wenn die Kolben 4 in ihren hintersten Endlagen sind, das heißt, wenn Y=0.

Es ergibt sich somit, daß die Kolben 4 sich beim Betrieb der Bohrmaschine zwischen diesen Endlagen befinden sollen, wodurch in jeder Situation die Federwirkung gemäß den Fig. 3-5 gewährleistet wird. Die Lage des Kolbens soll somit die folgende Bedingung erfüllen:

0 < Y < ΔX

Diese Bedingung bedeutet, daß der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums des Axiallagers so geregelt werden, daß sich die Lage der Kolben 4 im normalen Betriebszustand immer zwischen den erwähnten Endlagen befindet, wobei eine Bewegung der Dämpfungs­ kolben 4 in allen normalen Betriebssituationen in den beiden Richtungen möglich ist.

In Fig. 1 wird ein vorteilhafter hydraulischer Kreis gezeigt, mittels welchen die obenbeschriebene Funktion erzielbar ist. Eine als Druckflüssig­ keit verwendete hydraulische Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe 20 über ein Widerstands-Rückschlag- Ventil 13 durch einen Kanal 17 dem Eingangskanal 7a zugeführt. Die gewünschte Funktion wird dadurch erzielt, daß ein geeignetes Druckniveau für das System mittels eines Druckbegrenzungsventils 15 aufrecht erhalten wird. Die Regelung der Federung des Axiallagers erfolgt durch das Widerstands-Rückschlag-Ventil 13. Die Verschiebung der Kolben 4 erfolgt durch einen Druckakkumulator 14, der das Kanalsystem 7 über das Rückschlagventil 13 beaufschlagt.

In den Fig. 6 bis 8 wird ein zweites Ausführungs­ beispiel der Erfindung gezeigt, wobei das Axiallager selbst unverändert gegenüber dem der Fig. 1 ist, aber der hydraulische Kreis sich von dem der Fig. 1 unterscheidet.

Im Beispiel der Fig. 6 bis 8 wird der mittlere Druck des Kanalsystems 7 mittels des Ventils 15 geregelt. Das Ventil 15 kann dann beispiels­ weise mechanisch in Abhängigkeit von der Lage eines Kolbens 4 gesteuert werden. Fig. 8 zeigt eine solche Steuerung.

Gemäß Fig. 8 ist das Druck­ begrenzungsventil 15 durch eine mechanisch mit einem Kolben 4 verbundene Spindel gebildet. Der Kolben 4 steuert dann direkt die Spindel 15, die ihrerseits den einen mit dem Eingangskanal 7c des Axiallagers verbundenen Kanal A (Fig. 8) entweder mit dem Kanal 17 (Druck P) der Pumpe 20 oder mit einem gedrosselten Tankanschluß 16 (Fig. 8) verbindet, und zwar je nach der Lage des Kolbens 4. Wenn der Kolben 4 sich der vorderen Endlage nähert, wird der Druck des Kanal­ systems 7 reduziert, und entsprechend, wenn der Kolben 4 sich seiner hinteren Endlage nähert, wird der Druck in diesem Kanalsystem 7 erhöht. In dieser Weise verbleibt die mittlere Lage des Kolbens 4 zwischen den Endlagen.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 kann zur Steuerung des Ventils 15 auch ein Signal ver­ wendet werden, das von einem Meßwertgeber erhalten wird, womit die durchschnittliche Lage eines Kolbens gemessen wird. Das Ventil 15 kann dann zum Beispiel ein elektrisches Proportionalventil sein. Die Ausnehmungen für die Kolben 4 können in jeder geeigneten Weise hergestellt werden, z.B. dadurch, daß Zylinder von geeigneter Größe ins Gehäuse gebohrt werden. Ent­ sprechend können die Kolben als gerade Zylinderschäfte ausgebildet sein. Das Axiallager braucht auch nicht unbedingt mit Kolben gemäß den Figuren aus­ gebildet zu sein, sondern kann zum Beispiel auch ein von einem niedrigen zylinderförmigen Stück gebildetes Lager sein. Das zur Regelung des Axial­ lagers verwendete hydraulische System kann mit dem Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes in Reihe geschaltet sein, wie in den Figuren gezeigt. Das Regelsystem des Axiallagers und das Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes können jedoch auch separate, selbständige Systeme sein.

Claims (10)

1. Anordnung für ein Axiallager einer Bohrmaschine, die ein Gehäuse (6), eine darin angeordnete Schlagein­ richtung und eine als Drehantrieb für ein an der axialen Verlängerung der Schlageinrichtung angebrachtes Bohrerein­ steckende (2) fungierende Drehhülse (3) und ein im Gehäuse (6) angeordnetes Axiallager zur Aufnahme von über das Bohrereinsteckende (2) auf das Gehäuse (6) ausgeübten Axialkräften aufweist, welches Axiallager unter der Einwirkung eines Druckmediums in Achsrichtung federnd ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und der Volumenstrom des Druckmediums für das Axiallager derart einstellbar sind, daß sich die Lage (Y) des Axial­ lagers in normaler Betriebsstellung der Bohrmaschine zwischen den Endlagen (Y=O und Y=ΔX) des Axiallagers befindet.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager mehrere Kolben (4) aufweist, die in axialen, durch ein Kanalsystem (7) miteinander verbundenen Ausnehmungen angeordnet sind, die in dem das Bohrereinsteckende (2) umgebenden Gehäuse (6) vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Druck­ niveau des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druckmediums mittels eines Druckbegrenzungsventils (15) auf ein er­ wünschtes Niveau regelbar ist, welches Ventil auf der Druckseite einer Druckmedium zuführenden Pumpe (20) angeordnet ist, daß das Druckmedium über ein Widerstands- Rückschlag-Ventil (13) dem Kanalsystem (7) zugeführt wird, daß die Federung des Axiallagers mittels des Widerstands- Rückschlag-Ventils (13) geregelt wird und daß die Kolben (4) durch Beaufschlagung durch das Druckmedium mittels eines über das Widerstands-Rückschlag-Ventil (13) mit dem Kanalsystem (7) verbundenen Druckakkumulators (14) rasch bewegt werden.

4. Anordnung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregelung des Kanalsystems (7) durch Regelung des mittleren Drucks des Kanalsystems mittels des Druckbegren­ zungsventils (15) erfolgt, das auf der Druckseite der Druckmedium zuführenden Pumpe (20) angeschlossen ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Druckbegrenzungsventils (15) auf der Basis der Lage eines Kolbens (4) erfolgt.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungs­ ventil (15) von einer mechanisch mit dem Kolben (4) verbundenen Spindel gebildet wird, die in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens (4) den Druck des dem Kanalsystem (7) zuzuführenden Druckmediums zwischen dem Druck der Pumpe (20) und dem Druck in einem zu einem Tank führenden Kanal (16) regelt.

7. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungs­ ventil (15) ein elektrisches Proportionalventil ist, das durch ein Signal gesteuert wird, das ein die durchschnitt­ liche Lage des Kolbens (4) feststellender Meßwertgeber liefert.

8. Anordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Lage des Axiallagers regelnde Druckmediumsystem über eine Drossel (12) mit dem Schmiersystem des Kupplungsteils des Bohrereinsteckendes (2) in Reihe geschaltet ist.

9. Anordnung nach einem der Patent­ ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Kolben (4) als Anlagefläche der Drehhülse (3) fungieren.

10. Anordnung nach einem der Patent­ ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) aus Hartmetall oder Stellit bestehen.