DE3884796T2

DE3884796T2 - Regelvorrichtung für einstellbares zurücksetzen.

Info

Publication number: DE3884796T2
Application number: DE89901378T
Authority: DE
Inventors: John Stewart
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: JPH02501995A; DE3884796D1; EP0348482A1; WO1989004229A1; EP0348482A4; GR1000442B; US4961675A; EP0348482B1

Description

Ein luftbetriebener Schlagbohrer ist in einfachsten Worten ein luftbetriebener Rotationsbohrer, der an dem Vorderende eines luftbetriebenen Arbeitszylinders angebracht ist. Die Merkmale, die einen Schlagbohrer von einem Bohrer mit kontinuierlichem Bohrvorschub unterscheiden, sind der kurze Zeitabschnitt des Kontakts des Bohrers mit dem Werkstück, das wiederholte vollständige Herausziehen des Bohrers aus dem zu bohrenden Loch und das wiederholte Wiedereinsetzen des Bohrers in das zu bohrende Loch. Die Bohrvorschubsgeschwindigkeit in das Werkstück wird durch mechanischen Kontakt des sich bewegenden Bohrers mit dem Außenbordende einer Kolbenstange gesteuert, die sich aus einem sehr genauen Dämpfungszylinder erstreckt. Ein gesteuertes Leck um den Kolben im Dämpfungszylinder ermöglicht es dem Dämpfungszylinder eine kontinuierlich sich bewegende Gegenkraft gegenüber der Kraft vorzusehen, die verwendet wird, um den luftbetriebenen Schlagbohrer in das Werkstück zu bewegen. Damit die Steuerung der Bohrvorschubgeschwindigkeit sich an die Position des Bohrers erinnert, während der luftbetriebene Vorschubbohrer zurückgezogen und wieder zum Bohrgrund des zu bohrenden Loches zurückgeführt wird, ist es notwendig, eine rückwärtige Bewegung der Kolbenstange zu verhindern, während die Front der Bohrspitze nicht in Kontakt mit dem Werkstück ist. Die rückwärtige Bewegung der Kolbenstange wird durch eine Vorrichtung verhindert, die als Rückstellsteuer-Vorrichtung bekanntgeworden ist. Eine weitere Erläuterung zur Rückstell - oder Rückzugssteuerung bei luftbetriebenem Schlagbohren kann den US-Patenten U-A 4 123 188 und US-A 4 421 441 entnommen werden.
Die genaue Steuerung des Vorschubes des luftbetriebenen Schlagbohrers bzw. Bohrvorschubeinheit ist notwendig, um ein ungenaues Bohren von Bohrlöchern oder einen Schaden der Bohrerspitze zu vermeiden. Ein ungenaues Bohren des Bohrloches oder eine Beschädigung von Bohrerspitzen tritt normalerweise auf, wenn die Bohrerspitze unter unkontrollierten Vorschubbedingungen in das Material am Bohrgrund des Bohrloches eingreift. Derartige unkontrollierte Vorschübe treten normalerweise gerade am Beginn der Kompression des Fluids im Dämpfungszylinder und während des Zeitabschnitts, während dem der Bohrrahmen mit Schub vom Vorschubszylinder belastet wird, auf. Darüber hinaus wird sowohl das Spannzeug als auch das Werkstück abgelenkt, wenn der rotierende Bohrer das Werkstück berührt. Wenn der rotierende Bohrer sich vom Spannzeug und dem Werkstück wegbewegt, kehren das Spannzeug und das Werkzeug in eine unabgelenkte oder entspannte Ausgangslage zurück. Wenn der rotierende Bohrer sich in das Werkstück zurückbewegt und den Bohrgrund der Bohrlöcher berührt, trägt die Kraft des Bohrers dazu bei, das Spannzeug und das Werkstück voneinander zu trennen. Es ist notwendig, daß wenn Kraft gegen den Grund eines teilweise gebohrten Bohrloches aufgebracht wird, daß dieses unter kontrollierten Vorschubbedingungen erfolgt. Ohne ein angemessenes Rücksetzen kann dies nicht bewerkstelligt werden. Um diese Bedingungen zu beseitigen, ist eine ausreichende Rückwärtsbewegung oder Rückstellung erforderlich, um es dem Bohrvorschubsteuerungsmechanismus zu ermöglichen, die Perioden unkontrollierten Bohrvorschubes und der Ablenkung des Spannzeuges und des Werkstückes zu kompensieren.
Das US-A 3 680 970 beschreibt eine Rückstellsteuervorrichtung für einen luftbetriebenen Schlagbohrer, welche mittlerweile ein Standard in der Industrie geworden ist. Diese luftbetriebene Rückstellsteuervorrichtung hat zwei Nachteile. Erstens ist sie nicht einstellbar. Das heißt, sie kann nicht dazu verwendet werden abweichende Perioden unkontrollierten Vorschubes der Spannfutterablenkung, die durch den Bohrvorschubsteuermechanismus ermöglicht wird, zu kompensieren und zweitens hat sie eine große Abmessung, die über die eine Seite der Kolbenstange überhängt. Diese Ausdehnung macht es schwierig, diese Vorrichtung in irgendeinem betriebenen Schlagbohrer zur Verwendung unter beengten Verhältnissen einzuschließen.
Es besteht daher das Bedürfnis in der Fachwelt eine Rückstellsteuervorrichtung anzugeben, die einstellbar und in ihrer Größe kleiner ist.
US-A 3 680 970 offenbart eine Rückstellsteuervorrichtung für einen luftbetriebenen Schlagbohrer, deren Bohrvorschubgeschwindigkeit mittels eines Dämpfungszylinders gesteuert wird, der eine bewegliche Kolbenstange aufweist, wobei die einstellbare Rückstellsteuervorrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Kugelelementen, die derart angeordnet sind, daß sie die bewegliche Kolbenstange umgeben und die Axialbewegung derselben beschränken; Mittel zum Steuern der axialen Position der Kugelelemente bezüglich der beweglichen Kolbenstange; und Mittel zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente bezüglich der beweglichen Kolbenstange; Mittel zur Steuerung der axialen Position der Kugelelemente, die durch Anwendung von Luftdruck positionierbar sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente einstellbar positionierbar sind, so daß der Vorschub der beweglichen Kolbenstange bezüglich des Dämpfungszylinders wahlweise steuerbar ist.
Die Rückstellsteuervorrichtung des luftbetriebenen Schlagbohrers der vorliegenden Erfindung steuert daher genau und einstellbar den Bewegungsweg der sich vom Dämpfungszylinder der Bohrvorschubgeschwindigkeitssteuerung erstreckenden Kolbenstange unter Verwendung einer Anzahl von Kugelelementen, die die Kolbenstange umgeben und fassen, so daß diese in der Lage ist, sich mechanisch zu erinnern, wo der luftbetriebene Schlagbohrer gestoppt hat bevor er aus dem Werkstück zurückgezogen worden war. Darüber hinaus ermöglicht die einstellbare Anordnung der Mittel zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente, verschiedene Grade an rückwärtiger Bewegung der Kolbenstange.
In einer Konstruktion der erfindungsgemäßen Rückstellsteuervorrichtung steuert ein Konus die radiale Position der Kugelelemente bezüglich der Kolbenstange; in diesem Fall umgibt der Konus die Kugelelemente derart, daß ihre Bewegung entweder in oder aus dem reibschlüssigen Eingriff mit den Seiten der Kolbenstange beschränkt ist. Die axiale Position der Kugeln innerhalb des Konus wird durch einen Kugelseparator gesteuert. Der Kugelseparator bestimmt die Position der Kugel bezüglich der geneigten Oberfläche an der Innenseite des Konus. Diese Kontrolle der Position der Kugelelemente bezüglich der geneigten Oberfläche der Innenseite des Konus steuert den Betrag der Kraft, der durch die Kugelelemente ausgeübt wird, wenn sie in Reibschluß mit der Seitenwand der Kolbenstange bewegt werden.
Der Kugelseparator kann ein geflanschtes Ende aufweisen, welches dichtend in einem Gehäuse aufgenommen ist, so daß dieser durch Luftdruck positionierbar ist. Die Bewegung des Kugelseparators innerhalb des Gehäuses bewirkt, daß die Kugelelemente aus ihrem reibschlüssigen Kontakt gegenüber den Seitenwänden der Kolbenstange gelöst werden.
Eine einstellbare Mutter kann an einem Ende des Gehäuses angeordnet sein, um den Vorschub des Konus zu begrenzen. Eine derartige Begrenzung des Vorschubes des Konus verschafft eine genaue Steuerung über die Rückschlagbewegung der Kolbenstange.
Ein besseres Verständnis der einstellbaren Rückschlagsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erzielt werden. Hierin zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen luftbetriebenen Bohrers ohne Schlagbohrer mit einer hierauf montierten Rückschlagsteuerung;
Figur 2 einen Teilschnitt einer Rückschlagsteuervorrichtung nach Figur 1;
Figur 3 einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Rückschlagsteuervorrichtung, wobei der Eingriff der Ballelemente mit der Steuerstange gezeigt ist;
Figur 4 eine Draufsicht auf die Rückschlagsteuervorrichtung bei der Schnittlinie 4-4 nach Figur 3;
Figur 5 eine Ansicht ähnlich zu Figur 3, wobei die Kugelelemente gegenüber der Steuerstange gelöst sind;
Figur 6 einen Teilschnitt nach der Linie 6-6 nach Figur 5; und
Figur 7 eine Exposionsdarstellung, welche die Anordnung der Rückschlagsteuervorrichtung zeigt.
Wie bereits oben erklärt, ist es notwendig, die Geschwindigkeit und die Tiefe des Vorschubes von luftbetriebenen Schlagbohrern 100 genau zu steuern. Figur 1 zeigt wie eine genaue Steuerung der Position durch mechanischen Eingriff eines Anschlages mit einer Vorschubkolbenstange 60, die sich von einem Dämpfungszylinder 102 erstreckt, bewerkstelligt werden kann. Der Luftdruck wirkt auf den Kolben im Zylinder 106 und drückt das Bohrfutter 107 bis der Anschlag 103 an der Kolbenstange 60 angreift, die sich vom Dämpfungszylinder 102 erstreckt. Die Geschwindigkeit des Bohrvorschubes wird durch den Dämpfungszylinder 102 bestimmt. Der Knopf 105 wird dazu verwendet die Gegenkraft, die vom Dämpfungszylinder 102 ausgeübt wird, einzustellen. Wenn der Schlagzyklus beendet ist, drückt die Luft gegen die Vorderseite des Kolbens im Zylinder 106. Dies zieht das Bohrfutter 107 vom Werkstück weg. Da der Anschlag 103 dem Bohrfutter 107 folgt, bewegt er sich weg vom Ende der Kolbenstange 60. Die Kolbenstange 60 würde dem Anschlag 103 folgen, wäre sie nicht für die Rückschlagsteuervorrichtung 10, die den Gang der Kolbenstange 60 beschränkt und damit die Position der Kolbenstange 60 in Erinnerung ruft, wenn das Bohrfutter 107 veranlaßt wird sich rückwärts zu bewegen während eines Schlagzyklus.
Das Bohrfutter 107 wird zwischen den Bohrzyklen vollständig aus dem Werkstück zurückgezogen bzw. rückgestellt. Es gibt eine kleine rückwärtige Bewegung "A": der Kolbenstange 60 bevor sie von der Rückzugkontrollvorrichtung 10 ergriffen wird. Die Kolbenstange 60 verweilt während des Zeitabschnitts, in dem das Bohrfutter 107 aus dem Werkstück zurückgezogen und wieder eingesetzt wird. Es gibt einen unkontrollierten Vorschub "C" der Kolbenstange 60, der durch eine mechanische Belastung der aufbauenden Bestandteile des luftbetriebenen Schlagbohrers 100, hervorgerufen wird, einen nichtlinearen Gang der Kolbenstange 60 während der anfänglichen Flüssigkeitskompression und während dem Wiederaufbau des Flüssigkeitsflusses innerhalb des Dämpfungszylinders 102 und während des Ausweichens der Spannvorrichtung und des Werkstücks. Der Unterschied zwischen "A" und "C" ist ein Sicherheitsabstand, der gewährleistet, daß das Bohren nicht beginnt bis der Bohrer unter kontrolliertem Vorschub steht. Dieser Sicherheitsabstand ist derart festgelegt, daß er etwas größer ist als das Ausweichen der Spannvorrichtung und des Werkstückes. Wenn es für den Bohrer 108 möglich ist, während dieses Zeitabschnittes unkontrollierten Vorschubes mit dem Werkstück in Kontakt zu kommen, wird ein unzufriedenstellendes Bohrloch gebohrt. Die Rückstellsteuervorrichtung ermöglicht eine Einstellung des Rückzuges der Kolbenstange 60, so daß der Bohrer 108 nicht in Kontakt mit dem Werkstück während des Zeitabschnittes "C" des unkontrollierten Vorschubes kommt.
In den Figuren 2 bis 6 ist es ersichtlich, daß die Rückstellsteuervorrichtung 10 reibschlüssig an den Seitenwänden der Kolbenstange 60 angreift, die sich vom Dämpfungszylinder 102 erstreckt. Besonders die Kugelelemente 12 berühren die Seitenwände der Kolbenstange 60, wie in Figur 2 gezeigt. Wenn der Schlagbohrer 100 gegen das Werkstück unter der Kraft des Arbeitszylinders 106 mit einer Rate, die durch die Gegenkraft des Dämpfungszylinders 102 gesteuert wird, vorgeschoben wird, ist die Gegenkraft der Konusfeder 14 größer als die Kraft der Separatorfeder 16. Dieser Unterschied der Federkraft spannt den Konus 18 in die Bewegungsrichtung des vorwärts gerichteten Vorschubes des Schlagbohrers 100 in das Werkstück vor. Diese Bewegung des Konus 18 bewirkt, daß die schräge innere Oberfläche auf der Innenseite des Konus 18 die Kugelelemente 12 angreift, so daß diese veranlaßt werden, sich nach innen in Kontakt mit der Kolbenstange 60 zu bewegen. Die Separatorfeder 16 bewirkt, daß der Kugelseparator 22 entgegengesetzt der Bewegungsrichtung sich bewegt und darüber hinaus die Kugelelemente 12 in die Verjüngung 20 auf der Innenseite des Konus 18 bewegt werden.
In Figur 3 ist die Rückstellsteuervorrichtung 10 in einem statischen Zustand zwischen den Schlägen des Schlagbohrers 100 gezeigt. Die hydraulische Rückstellkraft des Hydraulikzylinders 102 und die Vorspannung der Separatorfeder 16 bewirken, daß der Konus 18 sich rückwärts bewegt bis er die Innenfläche 24 des einstellbaren Gewinderings 26 berührt. Der einstellbare Gewindering 26 wird durch Einsetzen eines Werkzeuges (nicht gezeigt) in die Löcher 28 an seiner Außenseite 30 eingestellt, wobei er gewindemäßig in das Gehäuse 32 bewegt wird. Markierungen 27 können verwendet werden, um die Stellung des Gewinderings 26 zu markieren. Die nach innen gerichtete Radialkraft der Kugeln 12, die durch den Konus 18 hervorgerufen wird, verhindert einen fortgesetzten nach außen gerichteten Gang der Kolbenstange 60, so daß bewirkt wird, daß die letzte Position der Kolbenstange 60 mit einer zusätzlichen vorgegebenen Länge des Rückschlages festgestellt wird.
In Figur 5 ist der entspannte Zustand dargestellt. Wie in Figur 3 gezeigt, wird Druckluft dem Gehäuse 32 durch die Öffnung 34 zugeführt. Diese Druckluft zwingt den Kugelseparator 22 in Richtung des Vorschubes des Schlagbohrers 100. Diese Bewegung des Kugelseparators 22 wird durch das abgeflanschte Ende 36 des Kugelseparators 22 hervorgerufen, welches als Kolben innerhalb des Gehäuses 32 wirkt. Die Bewegung des Kugelseparators 22 in Richtung des Vorschubes des Schlagbohrers 100 bewirkt, daß die Kugeln innerhalb des Konus 18 sich nach außen bewegen, so daß die Kolbenstange 60 für eine Bewegung zurück gegen das Werkstück freigegeben wird. Eine derartige nach außen gerichtete Bewegung der Kugeln 12 ist in Figur 6 dargestellt.
Ein noch besseres Verständnis des Aufbaues der einstellbaren Rückstellsteuervorrichtung 10 kann unter Bezugnahme auf Figur 7 erhalten werden. Hierin ist ersichtlich, daß der Kugelseparator 22 gegen die Scheibe 38 anstößt beim vordersten Punkt seines Ganges. Der Kugelseparator 22 ist innerhalb des Gehäuses 32 mit einem O-Ring 40 abgedichtet und innerhalb des Konus 18 mittels eines O-Rings 42. In ähnlicher Weise ist der Konus 18 gegenüber dem Gehäuse 32 durch einen O-Ring 44 abgedichtet. Die Kugeln 12 laufen innerhalb der Kugelführungen 46, die im Kugelseparator 22 eingeformt sind. Das Gehäuse 32 umgibt im gleichförmigen Abmessungen die Kolbenstange 60 und umfaßt keinerlei überflüssige Ausbuchtungen oder Vorsprünge. Obwohl ein rechteckiges Gehäuse 32 gezeigt ist, muß es verstanden werden, daß ein zylindrisches oder jegliche geeignete Form eines Gehäuses verwendet werden kann.
Wie aus den Figuren 3 und 5 ersichtlich ist, ist es möglich, die Rückstellsposition der Kolbenstange 60 einzustellen, indem der einstellbare Gewindering 26 nach innen und nach außen gegenüber dem Gehäuse 32 bewegt wird.

Claims

1. Rückstellsteuervorrichtung (10) für einen luftbetriebenen Schlagbohrer, dessen Bohrvorschubgeschwindigkeit durch einen Dämpfungszylinder (102) mit einer beweglichen Kolbenstange (60) gesteuert wird, wobei die einstellbare Rückstellsteuervorrichtung eine Anzahl von Kugelelementen (12), umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie die Stange umgeben und die Axialbewegung der beweglichen Kolbenstange (60) beschränken, sowie ferner Mittel (22) zur Steuerung der axialen Position der Kugelelemente bezüglich der beweglichen Kolbenstange, und Mittel (18) zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente bezüglich der beweglichen Kolbenstange aufweist, wobei die Mittel (22) zur Steuerung der axialen Position der Kugelelemente durch das Aufbringen von Druckluft positionierbar sind; dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18) zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente einstellbar positionierbar sind, so daß der Weg der beweglichen Kolbenstange (60) bezüglich des Dämpfungszylinders (102) selektiv steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente (12) bezüglich der beweglichen Kolbenstange (60) einen Konus (18) aufweisen, der eine innere Konusfläche aufweist, die bewirkt, daß die Kugelelemente an der beweglichen Kolbenstange angreifen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus zum Teil durch eine Vorspannfeder (14) positioniert wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelelemente (12) in radialen Schlitzen (46) in einem Kugelseparator (22) angeordnet sind, der die Mittel zur Steuerung der axialen Position bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelseparator (22) zum Teil durch eine Vorspannfeder (16) positioniert wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese desweiteren ein Gehäuse (32) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zur Steuerung der axialen Position der Kugelelemente (12) einen Kolben (36) umfassen, dessen Dichtung an die innere Oberfläche des Gehäuses (32) anliegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Positionierung der Mittel zur Steuerung der radialen Position der Kugelelemente (12) aus einem Schraubengewindering (26) gebildet ist, der die Kolbenstange (60) umgibt und in das Gehäuse (32) eingreift.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Gewinderings (26) einstellbar den Weg der Mittel (22) zur Steuerung der axialen Position der Kugelelemente (12) begrenzt.