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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern Der Zweck
der Erfindung besteht darin, das praktische Anwendungsgebiet tragbarer Drucklufthohrmaschinen
in Bergwerken und Steinbrüchen zu erweitern, und zwar 1. durch Systematisieren eines
neuen Bohrverfahrens, 2. durch die Schaffung eines entsprechenden Werkzeuges, insbesondere
einer mit einem Druckluftstößer verbundenen Bohrmaschine, wobei ersterer selbst
mit einem selbsttätigen Regler der Stoßkraft versehen ist.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Anwendungsgebiet der tragbaren
Druckluftbohrmaschinen heute beschränkt ist, weil die vom Bergmann ausgeübte Kraft
häufig nicht ausreicht, den Rückdruck der Bohrmaschine aufzunehmen und dadurch die
Bohrleistung verringert wird. Zwecks Erzielung einer gesteigerten Bohrleistung muß
die Ausbildung der Bohrerschneide verbessert werden. Nun ergibt sich aber aus der
Sprödigkeit der meist benutzten Hartmetalle, daß der Gewinn, den man durch eine
geeignete Änderung der Bohrerschneiden erzielen kann, verhältnismäßig gering bleibt,
und daß er auf jeden Fall für sich allein trotz der zu diesem Zweck vorgeschlagenen
zahlreichen Ausführungsformen nicht zu einer wesentlichen Steigerung der Bohrleistung
führt.
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Die nicht tragbaren Drehbohrmaschinen mit selbsttätigem Vorschub,
die auf Bohrgestellen gelagert sind und benutzt werden, sind schwere, unhandliche
Maschinen, deren Anwendung sich in der Regel als wenig vorteilhaft erweist, weil
der Gewinn
an augenblicklicher Leistungssteigerung durch die Verlängerung
der toten Zeiten ausgeglichen und mitunter sogar übertroffen wird. Ein stationäres
Bohrgestell gestattet nur die Herstellung eines Bohrloches oder höchstens einer
sehr beschränkten Zahl von Bohrlöchern, so daß dieses Bohrgestell oft versetzt werden
muß.
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Die Verschiedenheit der anzubohrenden Erze und Gesteine erfordert
ein hohes Anpassungsvermögen des Bergmannes an die Arbeitsbedingungen der Bohrmaschine.
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Außerdem kommt es darauf an, ein zeitraubendes Klemmen des Bohrers
im Bohrloch zu vermeiden.
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Das Klemmen des Bohrers, das schon durch eine Verminderung der Drehgeschwindigkeit
bis zu einem gewissen Grad vermieden wird, kann vollständig beseitigt werden, wenn
man das Abführen des Bohrmehls aus dem Bohrloch durch Luft- oder Wasserspülung bewirkt
und nicht versucht; vorstehende Erfordernisse nur durch die Anwendung eines Schraubenbohrers,
der sich wie eine Förderschnecke verhalten soll, zu ersetzen.
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Bei der Verwendung von Förderschnecken zur Förderung des Bohrkleins
aus dem Bohrloch oder Luftspülung muß an der Bohrlochmündung eine Vorrichtung zur
Staubverhütung angeordnet werden, deren Einsatz stets eine Ursache großer Zeitverluste
ist und oft nicht vollkommen wirksam ist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Herstellen von Bohrlöchern
in einer Stollenbrust mit Hilfe einer mit Druckluft betriebenen tragbaren Bohrmaschine
auszuführen und kennzeichnet sich dadurch, daß während des Bohrens einer Lochreihe
die Bohrmaschine sich gegen eine starre Stütze stützt, die in rasch abnehmbarer
Weise an den Seitenwänden des Stollens verankert ist und auf der der Stützpunkt
nach Belieben parallel zur Stollenbrust verschoben werden kann.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung
vorgesehen, eine Vereinigung einer mit Druckluft betriebenen tragbaren Bohrmaschine,
einer Stützstange, die derart ausgebildet, daß sie sich in rascher abnehmbarer Weise
an den Seitenwänden des Stollens verankern läßt, einer mit Druckluft betriebenen
Stoßvorrichtung zwischen dieser Stütze und der Bohrmaschine und von Mitteln zum
Verschwenken der Stoßvorrichtung nach allen Richtungen und zu ihrer Verschiebung
auf der Stütze.
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Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt
und in nachfolgender Beschreibung erläutert.
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Fig. i und 2 zeigen jeweils schematisch einen Längsschnitt und einen
Grundriß eines Bergwerksstollens, aus denen die Richtung der verschiedenen Bohrlöcher
eines Feldes zu ersehen ist; Fig. 3 zeigt im Grundriß ein Ausführungsbeispiel mit
zwei erfindungsgemäßen Bohrmaschinen; Fig.4 und 5 zeigen im Schnitt und in zwei
Arbeitslagen die erfindungsgemäße Bohrmaschine. Die grundsätzliche Anordnung der
zu bohrenden Löcher, die durch die Fig. i und 2 dargestellt ist, zeigt, daß die
Ausführung derart geschieht, daß die Achsen aller Löcher von einer parallel zum
Ortsstoß verlaufenden Geraden ausgehen.
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Wird diese Gerade z. B. durch eine starre Stütze gebildet, die sich
gegen die Seitenwände des Stollens stützt, so kann diese Stütze der Bohrmaschine
für alle Löcher eines gleichen Feldes als Widerlager dienen. Dadurch wird ein oftmaliges,
zeitraubendes Umsetzen der Stütze vermieden.
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Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß für das letzte Bohrloch die Bohrmaschine
auf der Stütze derart verschoben wird, daß dieses Loch parallel zur Seitenwand und
möglichst nahe an dieser gebohrt werden kann.
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Im vorliegenden besonderen Fall bietet diese Ausführung übrigens auch
den Vorteil, daß die Arbeiter genötigt werden, die vorgeschriebene Breite für den
Vortrieb und die Strecken einzuhalten, die gerade durch die normale Länge der benutzten
Bohrstange und die Toleranzen dargestellt ist, deren Ausgleich durch die Verstellungsvorrichtung
der Stütze möglich ist.
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Die Bohrmaschine ist an der Stütze mit einer Schelle befestigt, die
mit einer Sperrvorrichtung und einem Kardangelenk versehen ist. Durch dieses Gelenk
kann die Bohrmaschine in bezug auf die während der ganzen Bohrarbeit festverspannte
Stütze in jede Schräglage gebracht werden, die zur gewünschten Anordnung der Bohrlöcher
notwendig ist.
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Das Werkzeug enthält in einem starren Körper die drei folgenden Vorrichtungen:
a) Eine mit Druckluft betriebene Drehbohrmaschine, die mit einem wirksamen Geschwindigkeitsregler
versehen ist, welcher das Durchgehen bei geringen Belastungen verhindert, aber von
dieser Bedingung abgesehen von beliebiger Bauart sein kann.
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b) Eine mit Druckluft betriebene Stoßvorrichtung von geeigneten Abmessungen
zur Aufnahme des Gegen- bzw. Rückdruckes und als automatischer Vorschub. Der höchste
Druck dieser Stoßvorrichtung muß natürlich der Härte des zu bohrenden Gesteins angepaßt
sein. Er muß in jedem Fall derart bemessen sein, daß die Stoßvorrichtung bei den
schlechtesten Arbeitsbedingungen noch in der Lage ist, das ganze Nutzdrehmoment
der benutzten Bohrmaschine aufzunehmen. Durch diese Erhöhung der Stoßkraft wird
der gewünschte Vorschub erzielt.
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c) Einen selbsttätigen Regler zur Regelung der von der Stoßvorrichtung
ausgeübten Kraft, durch den die Stoßkraft beständig den Betriebsverhältnissen der
Maschine angepaßt wird. Gerade durch diese Anpassung kann jedes Klemmen der Schneide
und des Bohrers während der Bohrarbeit vermieden werden.
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Die Stoßvorrichtung hört dadurch auf, ein blindes Gerät zu sein, dessen
Handeinstellung, die notwendigerweise ruckweise stattfindet, sich als zu wenig genau
erwiesen hat um wirksam sein zu können.
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Es ergibt sich ferner daraus, daß bei geeigneter Wahl der mittleren
Arbeitsgeschwindigkeit zugleich
auch die folgenden wesentlichen
Vorteile erzielt werden.
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Der Antriebsmotor arbeitet stets in der Nähe des höchsten Wirkungsgrades,
also praktisch mit dem geringsten Druckluftverbrauch.
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Ferner gestattet die Beseitigung jedes Gelenkes zwischen der Stoßvorrichtung
und der Bohrmaschine nicht nur eine einfachere und kräftigere Bauart, sondern sie
bietet auch den Vorteil, daß die Stoßvorrichtung beständig den Druck in Richtung
der Achse des Bohrloches ausübt. Diese Bedingung ist sehr wesentlich.
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Gleichzeitig wird auch durch die Beseitigung jeder Biegungsbeanspruchung
der Maschinenträger und das Spannfutter des Bohrers geschont.
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Aus Fig.3 ist zu entnehmen, daß die waagerechte Stütze i (in Draufsicht
dargestellt) an den annähernd lotrechten Wänden 2 und 4 des Stollens durch jedes
bekannte Mittel verankert ist, z. B. an einem Ende durch einen Kopf 5, der sich
zum Anpassen der Stützenlänge an die Stollenbreite verschieben läßt, und am anderen
Ende durch einen mit einer Schraube versehenen Kopf 6, der sich gegen die Wand 4
stützt. Durch kräftiges Spannen der Schraube wird die Stütze fest zwischen beiden
Wänden eingespannt.
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Die Stütze i und die Schraube 6 müssen derart bemessen sein, daß sie
dem quer gerichteten Druck der beiden Bohrmaschinen und ihrer Stoßvorrichtungen
ohne übermäßige Formveränderung standhalten können. Sie sollen aber genügend leicht
sein, um mühelos z. B. von zwei Bergleuten gehandhabt werden zu können.
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Die beiden Drehbohrmaschinen 7 tragen jeweils einen Stoßzylinder 8,
der sich in der Achse der Maschine befindet und mit dieser starr verbunden ist.
In diesem Zylinder gleitet ein Kolben 9, dessen Ende io in eine als Halter und Anschlag
dienende Büchse i i eingreift. Diese Büchse ist durch ein Gelenk mit einer auf der
Stütze i befestigten Schelle verbunden.
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Das Gelenk muß es der Büchse und demgemäß auch dem aus dem Kolben,
dem Zylinder und der Bohrmaschine bestehenden Aggregat gestatten, sich nach allen
Richtungen hin verschwenken zu lassen und trotzdem mit der Stütze in Verbindung
zu bleiben.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel sind die beiden Drehzapfen
12 und 13 rechtwinklig zueinander gerichtet und bilden eine Art Kardangelenk. Der
Zapfen 13 sitzt an einer aus zwei Hälften 14 und 15 bestehenden Schelle,
welche die Stütze i umgibt und durch eine Schraube 16 festgespannt ist, die sich
leicht mit Hilfe eines Handgriffes betätigen läßt.
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In Fig. 3 ist das Ansetzen der Bohrmaschine 7 zum Bohren eines Loches
in der Stollenbrust 3 dargestellt. Der Kolben 9 befindet sich noch fast ganz in
seinem Zylinder B.
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Die Bohrmaschine 7 ist in der Lage dargestellt, in der der Bohrer
17 bereits ein verhältnismäßig tiefes Loch in die Stollenbrust 3 gebohrt hat. Der
Kolben 9 ist deshalb auch entsprechend weit aus seinem Zylinder 8 herausgeschoben.
Selbstverständlich wird die Länge der Zylinder, der Kolben und der Bohrer derart
gewählt, daß die größte Tiefe der gewünschten Löcher erreicht wird. Man sieht, daß
die Gelenke 12 und 13 sowie die leichte Verschiebung der zweiteiligen Schelle 14,
15 auf der Stütze i es gestatten, nach allen in den Fig. i und 2 dargestellten Richtungen
zu bohren.
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In Fig.4 ist die eigentliche Bohrmaschine mit dem Werkzeug oder Bohrer
17 in Seitenansicht dargestellt, wobei der Stoßzylinder 8 im Schnitt gezeigt ist,
der durch jedes geeignete Mittel am Deckel der Bohrmaschine befestigt werden kann.
Die Druckluft kann in diesem Zylinder durch das Loch 18 eintreten und verdrängt
den Kolben 9, der durch eine Ledermanschette abgedichtet ist. Dieser Kolben 9 ist
am anderen Ende mit der bereits in Fig. 3 dargestellten Verlängerung io versehen.
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Die Bohrmaschine 7 wird mit Druckluft betrieben, die durch die Leitungen
29 und 30 zugeführt wird. Wie bei den üblichen von Hand geführten Bohrmaschinen
enthält ein Kasten 2o den Regler des Druckluftmotors. Der Motor und der Regler können
beliebiger Art sein. In Fig. 4 ist dieser Motor nicht dargestellt, jedoch zeigt
sie einen Fliehkraftregler, der mit dem Motor umläuft. Der Regler beeinflußt einen
Schieber 25, der in einer Büchse 27 gleitet und von einer Feder 26 zurückgeführt
wird.
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Bei der in Fig.4 dargestellten Lage der Teile wird vorausgesetzt,
daß der Motor mit großer Geschwindigkeit umläuft. Die Schwungmassen 21 des Reglers,
die mit ihm umlaufen, werden von der Fliehkraft nach' außen verdrängt und heben
dadurch den Anschlag 22. Dieser wirkt auf den um den Zapfen 24 schwingenden Hebel
23 und durch diesen auf den Schieber 25, der die Seitenlöcher 28 der Büchse 27 fast
ganz schließt.
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Die durch die Leitung 30 zugeführte Druckluft wird durch die
zum größten Teil geschlossenen Löcher 28 gedrosselt und gelangt zum Motor
31
mit einem verminderten Druck.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Lage der Teile ist vorausgesetzt,
daß der Motor langsamer umläuft. Die Fliehkraft der Schwungmassen 21 ist nicht mehr
hoch genug, um die Gesamtkraft der Feder 26 und des auf die Unterseite des Schiebers
25 einwirkenden Luftdruckes zu überwinden. Dieser Schieber hebt sich somit in der
Büchse 27 und gibt dadurch die Löcher 28 ganz frei. Die Luft kann also ohne Druckverlust
in den Motor 31 strömen und letzterer wird mit Volldruck betrieben.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung des Motors und des Reglers gehört
nicht unbedingt zur Erfindung. Für diese genügt es, daß in dem zum Motor führenden
Kanal 31 bei schnell laufendem Motor ein geringer und bei langsam laufendem Motor
ein großer Druck herrscht.
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Der Stoßregler, der zur Erfindung gehört, ist in den Fig.4 und 5 durch
einen Schieber 34 dargestellt, der in einem Zylinder 35 gleitet und von einer Feder
36 beeinflußt wird. In der anderen Richtung kann der Schieber 34 von der Druckluft
beeinflußt
werden. Ein Kanal 32 verbindet das entsprechende Ende des Zylinders 35 mit dem Kanal
34 der die Druckluft in den Motor einleitet.
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In den Schieber sind Hohlkehlen 37 und 38 mit kegelförmigem Boden
eingeschnitten. Deren Zweck besteht darin, bei gewissen Lagen des Schiebers 34 den
Kanal 39 mit der Öffnung 18 und den Kanal 40 mit der Öffnung 19 zu verbinden.
Dieser Kanal 40 mündet in die freie Luft aus.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Bei schnell laufendem Motor (Lage der
Teile gemäß Fig. 4) ist der Druck im Kanal 31 gering, und der im Kanal 32
herrschende Druck genügt nicht, um den Schieber 34 nach links zu verdrängen. Der
Schieber wird deshalb von der Feder 36 ganz nach rechts verschoben. Die mit Volldruck
bei 3o eintretende Luft kann durch den Kanal 39, die Hohlkehle 37 und die Öffnung
18 in den Stoßzylinder 8 eindringen und auf den Kolben 9 einwirken. Da in dieser
Lage des Schiebers 34 die Öffnung i9 geschlossen ist, so herrscht im Zylinder 8
der gleiche Luftdruck wie im Kanal 30. Man erzielt somit in diesem Fall die größte
Stoßkraft des Stoßzylinders.
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Bei langsam laufendem Motor (Fig. S) herrscht im Kanal 31 der höchste
Druck, der demjenigen des Kanals 30 gleich ist. Dieser Druck wirkt auch durch
den Kanal 32 auf das rechte Ende des Schiebers 34 ein. Er ist stärker als der zu
diesem Zweck geeignet gewählte Gegendruck der Feder 36. Der Schieber wird somit
ganz nach links verschoben. In dieser Lage ist die Öffnung 18 vom Schieber 34 ganz
geschlossen, jedoch steht die Öffnung i9 durch die Hohlkehle 38 mit dem Kanal 40
und mit der Außenluft in Verbindung. Dem Zylinder 8 wird keine Druckluft mehr zugeführt
und er entleert sich im Gegenteil durch den Kanal 40. Der Druck der im Zylinder
herrschenden Luft ist somit gleich dem Druck der Außenluft, und es wird kein Stoß
mehr auf den Kolben 9 ausgeübt.
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Man sieht also, daß einer kleinen Laufgeschwindigkeit des Motors ein
geringer Druck der Stoßvorrichtung und einer großen Laufgeschwindigkeit der größte
Druck dieser Stoßvorrichtung entspricht.
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Stößt demgemäß das Werkzeug 17 auf ein derartiges Hindernis,
daß der Motor gebremst oder gar stillgesetzt wird, so wird auch sofort der auf dieses
Werkzeug ausgeübte Stoß vermindert. Da nun aber dieser Stoß kleiner wird, so sinkt
auch der dem Werkzeug entgegenstehende Widerstand. Der mit kleinerer Belastung arbeitende
Motor hat das Bestreben, schneller zu laufen. Der Regler des Motors schließt somit
den Einlaß, die Motorkraft sinkt und gleichzeitig läßt der Schieber die Druckluft
erneut in den Zylinder 8 eintreten, dessen Stoßkraft dadurch erhöht wird usw.
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Damit zwischen der Geschwindigkeit, der Leistung des Motors und der
Stoßkraft der Stoßvorrichtung ein Ausgleich stattfinden kann, ist die Gestalt der
Hohlkehlen 27 und 38 derart gewählt, daß im Zylinder 8 auch Zwischendrücke hergestellt
werden können.
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Zu diesem Zweck sind die Hohlkehlen nicht zylindrisch, sondern ihr
Profil ist derart gewählt, daß in jeder Lage des Schiebers 34, die von dem im Kanal
31 herrschenden Druck abhängig ist, das Drosseln der Druckluft zwischen den Kanälen
39 und 18 einerseits und zwischen den Kanälen i9 und 4o anderseits in solcher Weise
stattfindet, daß der Druck im Zylinder 8 allmählich von Null bis zum Höchstwert
steigt, wenn der Schieber sich von der äußersten linken Lage zur äußersten rechten
Lage verschiebt, d. h. wenn der Druck in den Kanälen 31
und 32 allmählich
vom Höchstwert auf den Mindestwert sinkt.
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Man erzielt dadurch das gewünschte Ergebnis, nämlich daß die Stoßkraft
der Bohrmaschine selbsttätig sinkt, wenn das Werkzeug auf einen starken Widerstand
stößt, und daß diese Stoßkraft im Gegenteil wächst, wenn das Werkzeug nur auf einen
geringen Widerstand stößt.
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Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, kann man natürlich an dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel Änderungen baulicher Art treffen. In der mit Druckluft
betriebenen Stoßvorrichtung könnte z. B. der Kolben mit der Bohrstange verbunden
sein, wogegen dann der Zylinder an dem Gehäuse des Motors befestigt wäre.