EP0928668A2

EP0928668A2 - Kupplung für ein Hammerbohrwerkzeug

Info

Publication number: EP0928668A2
Application number: EP99100510A
Authority: EP
Inventors: Fritz Kohler
Original assignee: Kohler Maschinenbau GmbH
Current assignee: Kohler Maschinenbau GmbH
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 1999-07-14
Also published as: DE29800467U1; EP0928668A3

Abstract

Kupplung zum lösbaren Verbinden einer Antriebs- mit einer Abtriebswelle für ein Hammerbohrwerkzeug, mit einer rohrförmigen Auf-, nahme (10), in die jeweils ein Ende jeder Welle (14, 16) eingesteckt werden kann und die in ihrer Wandung mit mindestens einer der Antriebswelle (14) zugeordneten Öffnung (18), in der eine Antriebspaßfeder (84) angeordnet ist, und mit mindestens einer der Abtriebswelle (16) zugeordneten Öffnung (24) versehen ist, in der eine Abtriebspaßfeder (76) angeordnet ist, und mit einem Verriegelungsmechanismus (40, 86), der manuell zwischen einer Verriegelungsstellung, in der die Abtriebspaßfeder (76) in einer in den Innenraum der Aufnahme (10) hineinragenden Stellung arretiert ist, und einer Freigabestellung verstellbar ist, in der die Abtriebspaßfeder (76) in radialer Richtung nach außen bewegbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum lösbaren Verbinden einer Antriebs- mit einer Abtriebswelle für ein Hammerbohrwerkzeug. Eine solche Kupplung wird bei Hammerbohrwerkzeugen immer dann eingesetzt, wenn die zu erzielende Bohrtiefe größer ist als die Länge der zur Verfügung stehenden Hammerbohrwerkzeuge.

An eine solche Kupplung wird eine Vielzahl von Anforderungen gestellt. Besonders wichtig ist eine Übertragung der bereitgestellten Antriebsenergie mit möglichst geringen Verlusten. Dies ist insbesondere wichtig, da beim Bohren von besonders tiefen Bohrlöchern, beispielsweise von Sprenglöchern in Gestein, mehrere Verlängerungsstücke mittels solcher Kupplungen aneinandergesteckt werden. Ein guter Wirkungsgrad der Kupplung ist hierbei unabdingbar, da ansonsten die Energieverluste von der Antriebsmaschine bis zum Hammerbohrwerkzeug untragbar groß werden. Eine weitere Anforderung, die an eine solche Kupplung gestellt wird, besteht in ihrer leichten Handhabbarkeit, und zwar sowohl beim Montieren als auch beim Demontieren.

Eine bekannte Kupplung stellt die "RATIO"-Kupplung der Firma Heller dar. Diese Kupplung basiert auf einem Gewindebolzen mit Rundgewinde, der in eine zugehörige Aufnahme eingeschraubt wird. Unter Belastung schraubt sich der Gewindebolzen so weit in die Aufnahme ein, daß das auftretende Antriebsdrehmoment übertragen werden kann. Nachteilig bei dieser Kupplung sind die beim Hammerbohren auftretenden Energieverluste. Die Antriebsenergie beim Hammerbohren setzt sich nämlich zusammen aus der zum Drehen des Werkzeugs notwendigen Energie und der Energie der Schlagbewegung, wobei der Anteil der Schlagbewegung an der gesamten Antriebsenergie wesentlich höher ist als der Anteil der Energie zum Drehen des Werkzeugs. Bei der RATIO-Kupplung kommt es bei der Übertragung der Schlagenergie zu erheblichen Energieverlusten, die bei höheren Belastungen zu einer erheblichen Erwärmung der Kupplung führen. Dies hat zum einen zur Folge, daß die Kupplung unmittelbar nach Beendigung eines Hammerbohrvorgangs nicht demontiert werden kann, da sie zu heiß ist. Dies hat andererseits zur Folge, daß sich der Gewindebolzen unter Belastung aufgrund der Wärmeausdehnung derart in der Aufnahme verspannen kann, daß ein Lösen der Kupplung nur unter größten Schwierigkeiten möglich ist. Bei extremen Belastungen wurde sogar eine Zerstörung der Kupplung beobachtet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplung zu schaffen, mit der die zum Hammerbohren bereitgestellte Antriebsenergie mit extrem geringen Verlusten von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mittels einer Kupplung zum lösbaren Verbinden einer Antriebs- mit einer Abtriebswelle für ein Hammerbohrwerkzeug, mit einer rohrförmigen Aufnahme, in die jeweils ein Ende jeder Welle eingesteckt werden kann und die in ihrer Wandung mit mindestens einer der Antriebswelle zugeordneten Öffnung, in der eine Antriebspaßfeder angeordnet ist, und mit mindestens einer der Abtriebswelle zugeordneten Öffnung versehen ist, in der eine Abtriebspaßfeder angeordnet ist, und mit einem Verriegelungsmechanismus, der manuell zwischen einer Verriegelungsstellung, in der die Abtriebspaßfeder in einer in den Innenraum der Aufnahme hineinragenden Stellung arretiert ist, und einer Freigabestellung verstellbar ist, in der die Abtriebspaßfeder in radialer Richtung nach außen bewegbar ist. Eine solche Kupplung basiert auf der folgenden Erkenntnis: Eine Minimierung der Verluste beim Übertragen der Antriebsenergie kann insbesondere erzielt werden, wenn die Verluste bei der Übertragung der Schlagenergie verringert werden, da die Schlagenergie den Großteil der bereitgestellten Antriebsenergie ausmacht. Eine Minimierung der Verluste bei der Übertragung der Schlagenergie ergibt sich, wenn an der Energieübertragung keine weiteren Elemente beteiligt sind, die Schlagenergie also direkt ohne Zwischenschaltung der Kupplung von der Antriebs- in die Abtriebswelle übertragen wird. Die Kupplung selbst wird lediglich zum Übertragen der Energie zum Drehen der Abtriebswelle sowie zum Führen der Abtriebswelle benötigt. Diese Erkenntnis wird von der Kupplung in technisch einfacher Weise umgesetzt. Die rohrförmige Aufnahme, in die die Antriebswelle und die Abtriebswelle eingesteckt werden können, dient zur Führung der Abtriebswelle. Die Antriebspaßfeder und die Abtriebspaßfeder dienen zur Übertragung der Energie zum Drehen der Abtriebswelle. An der Übertragung der Schlagenergie von der Antriebswelle zur Abtriebswelle sind die Paßfedern nicht beteiligt; die Energieübertragung erfolgt direkt durch Anlage der beiden Wellen aneinander. Der Verriegelungsmechanismus ermöglicht es, die Abtriebspaßfeder aus einer in den Innenraum der Aufnahme hineinragenden Stellung, in der die Abtriebswelle in der Kupplung festgehalten ist, in eine Stellung zu bewegen, in der die Abtriebswelle aus der Kupplung herausgezogen werden kann. Die bei der Übertragung der Antriebsenergie auftretenden Leistungsverluste sind so gering, daß es zu einer vernachlässigbaren Erwärmung der Kupplung während des Betriebs kommt. Daher kann die Kupplung unmittelbar nach Beendigung eines Bohrvorgangs betätigt werden. Auch ein Blockieren der Abtriebswelle in der Kupplung ist nicht möglich. Da nur sehr geringe Verluste bei der Energieübertragung auftreten, kann die Kupplung insgesamt sehr leicht dimensioniert werden, so daß auch bei einem geringen Bauraum sehr hohe Energien übertragen werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder eine vom Innenraum der Aufnahme abgewandte Außenseite aufweisen, die gekrümmt verläuft, wobei der Krümmungsradius der gleiche ist wie der Krümmungsradius der Außenfläche der Aufnahme und der Krümmungsmittelpunkt im Innenraum der Aufnahme liegt. Bei dieser Gestaltung schließen die Paßfedern bündig mit der Außenfläche der Aufnahme ab, so daß eine gleichmäßige Kraftübertragung von den Paßfedern zum Verriegelungsmechanismus möglich ist.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder eine dem Innenraum der Aufnahme zugewandte Innenseite haben, die, betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Aufnahme, als Kreisbogen über einen Winkelbereich von etwa 180° verläuft, an den sich die gekrümmte Außenseite anschließt, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Innenseite auf der von der Längsachse der Aufnahme abgewandten Seite der Innenseite liegt. Diese Gestaltung ermöglicht eine gleichmäßige Belastung der Paßfedern, so daß besonders hohe Umfangskräfte zwischen der Aufnahme und der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle übertragen werden können.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Verriegelungsmechanismus eine Verriegelungshülse enthält, die auf der Außenfläche der Aufnahme in axialer Richtung verschiebbar und in Umfangsrichtung verdrehbar angeordnet ist und eine Steuerkurve aufweist, in die ein Steuerfortsatz der Abtriebspaßfeder eingreift. Die Verriegelungshülse wird bei dieser Gestaltung in einfacher und zuverlässiger Weise auf der Außenfläche der Aufnahme geführt und ist für einen Bediener leicht betätigbar.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Aufnahme an einem axialen Ende mit einem Bund versehen ist, wobei der Absatz zwischen dem Bund und der Außenfläche der Aufnahme als in axialer Richtung ausgerichtete Steuerfläche ausgebildet ist, die mit dem dem Bund zugewandten axialen Ende der Verriegelungshülse zusammenwirkt, das als Anlagefläche ausgebildet ist. Die Steuerfläche setzt somit eine Rotationsbewegung der Verriegelungshülse relativ zur Aufnahme in eine Bewegung in axialer Richtung um, mittels der in geeigneter Weise auf den Steuerfortsatz der Abtriebspaßfeder eingewirkt werden kann.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Seitenwände der Öffnungen in der Aufnahme, betrachtet in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Aufnahme, entlang einem der Innenseite der Aufnahme zugewandten Abschnitt als Kreisbögen verlaufen. Die Seitenwände der Öffnungen sind also an die Außenkontur der Paßfedern optimal angepaßt, so daß eine gleichmäßige Übertragung der Tangentialkräfte von der Antriebswelle in die Aufnahme bzw. der Aufnahme in die Abtriebswelle gewährleistet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß jeweils zwei Antriebs- und Abtriebspaßfedern vorgesehen sind, die einander diametral gegenüberliegen. Die Verwendung von jeweils zwei Paßfedern auf der Antriebsseite und der Abtriebsseite hat sich als guter Kompromiß zwischen dem Herstellungsaufwand einerseits und der maximal übertragbaren Antriebsenergie andererseits herausgestellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht der Kupplung mit eingesteckter, abgebrochen dargestellter Antriebs- und Abtriebswelle mit Ausbrüchen, wobei die Abtriebswelle in der unteren Hälfte von Fig. 1 im vollständig in die Kupplung eingeschobenen Zustand und in der oberen Hälfte im teilweise herausgezogenen Zustand gezeigt ist;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene II von Fig. 1 mit der Abtriebswelle im teilweise herausgezogenen Zustand;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Ebene III von Fig. 1 mit der Abtriebswelle im vollständig in die Kupplung hineingeschobenen Zustand;
Fig. 4 eine Ansicht entlang der Ebene IV-IV von Fig. 1;
Fig. 5 eine teilgeschnittene Seitenansicht der Aufnahme;
Fig. 6 eine Ansicht entlang der Ebene VI-VI von Fig. 5;
Fig. 7 eine abgewickelte Ansicht des Umfangs der Aufnahme im in Fig. 5 mit VII bezeichneten Bereich;
Fig. 8 in vergrößertem Maßstab ein Detail von Fig. 7;
Fig. 9 in vergrößertem Maßstab das in Fig. 5 mit IX bezeichnete Detail;
Fig. 10 in einer Seitenansicht eine Verriegelungshülse;
Fig. 11 die Verriegelungshülse von Fig. 10 im abgewickelten Zustand;
Fig. 12 ein Detail der Verriegelungshülse;
Fig. 13 in einer Seitenansicht eine Abtriebspaßfeder;
Fig. 14 die Abtriebspaßfeder von Fig. 13 in einer Vorderansicht;
Fig. 15 die Abtriebspaßfeder von Fig. 13 in einer Draufsicht;
Fig. 16 eine Antriebspaßfeder in einer Seitenansicht;
Fig. 17 die Antriebspaßfeder von Fig. 16 in einer Vorderansicht;
Fig. 18 eine Ringfeder in einer Vorderansicht;
Fig. 19 die Ringfeder von Fig. 18 in einer Seitenansicht; und
Fig. 20 in einer teilgeschnittenen Seitenansicht einen Anschlagring.

In Fig. 1 ist die Kupplung zum lösbaren Verbinden einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle für Hammerbohrwerkzeuge gezeigt. Die Kupplung enthält eine rohrförmige Aufnahme 10 (siehe auch die Figuren 5 bis 9). Die Aufnahme 10 weist eine zylindrische Innenfläche 12 auf, die den Innenraum der Aufnahme definiert, in den jeweils ein Ende einer Antriebswelle 14 und einer Abtriebswelle 16 eingesteckt werden kann. Bei der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Außendurchmesser der Aufnahme 10 gleich 28 mm. Die Länge der Aufnahme 10 ist so bemessen, daß eine ausreichende Führung der in die Aufnahme 10 eingesteckten Enden der Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle gewährleistet ist. Die Aufnahme 10 ist mit zwei der Antriebswelle 14 zugeordneten Öffnungen 18 versehen, die jeweils die Kontur eines Langlochs haben. Die einander in der Umfangsrichtung der Aufnahme 10 gegenüberliegenden Seitenwände jeder Öffnung 18 bestehen aus einem dem Innenraum der Aufnahme zugewandten Abschnitt 20, der kreisbogenförmig ist, sowie jeweils einem Auslaufabschnitt 22, der etwa parallel zum gegenüberliegenden Auslaufabschnitt verläuft. Die kreisbogenförmigen Abschnitte 20 jeder Öffnung 18 haben einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt.

Die Aufnahme 10 ist ferner mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Öffnungen 24 versehen, die der Abtriebswelle 16 zugeordnet sind. Die Seitenwände der Öffnungen 24 sind in gleicher Weise ausgestaltet wie die Seitenwände der Öffnungen 18.

Die Aufnahme 10 ist an ihrem bezüglich der Figuren linken axialen Ende mit einem über die verbleibende Außenfläche der Aufnahme 10 axial hervorstehenden Bund 26 versehen, der einstückig mit dem Material der Aufnahme 10 ausgebildet ist. Der Absatz zwischen dem Bund 26 und der Außenfläche der Aufnahme 10 ist als in axialer Richtung wirksame Steuerfläche 28 ausgebildet (siehe auch Fig.7; dort abgewickelt gezeichnet). Die Steuerfläche besteht aus insgesamt sechs verschiedenen Abschnitten, die in der Umfangsrichtung gemessen jeweils dieselbe Länge haben. In der Umfangsrichtung U betrachtet besteht die Steuerfläche 28 aus zwei ersten Abschnitten 30, die in axialer Richtung betrachtet am weitesten von den Öffnungen 24 entfernt sind. Auf jeden Abschnitt 30 folgen nach Art einer Treppe ein Abschnitt 32 und ein Abschnitt 34, die in axialer Richtung betrachtet jeweils näher an den Öffnungen 24 liegen. In der Umfangsrichtung U betrachtet folgt dann auf jeden Abschnitt 34 wieder der von den Öffnungen 24 am weitesten entfernt liegende Abschnitt 30. Der Abschnitt 32 ist auf seinem dem Abschnitt 30 zugewandten Ende mit einem Vorsprung 33 versehen, dessen Scheitelpunkt in axialer Richtung betrachtet näher an den Öffnungen 24 liegt als der Abschnitt 32. Die Übergänge zwischen den Abschnitten 30, 32 und 34 sind jeweils abgerundet ausgestaltet (siehe insbesondere Fig. 8).

Die Aufnahme 10 ist ferner auf ihrer Innenseite an jedem axialen Ende mit einer Nut 36 versehen, in der ein Dichtungsring 38 angeordnet ist.

Auf der Außenfläche der Aufnahme 10 ist in Umfangsrichtung verdrehbar und in axialer Richtung verschiebbar eine Verriegelungshülse 40 angeordnet (siehe auch die Figuren 10 bis 12, wobei die Hülse in den Figuren 11 und 12 abgewickelt dargestellt ist). Die Verriegelungshülse ist an ihrem bezüglich der Figuren linken axialen Ende mit einer Anlagefläche 42 versehen, die dafür vorgesehen ist, an der Steuerfläche 28 der Aufnahme 10 in Anlage zu gelangen. Die Anlagefläche 42 weist zwei voneinander beabstandete Erhebungen 44 auf, deren in Umfangsrichtung gemessene Länge der Länge der Abschnitte 30, 32 und 34 entspricht. Der Abstand zwischen den beiden Erhebungen 44 entspricht der Länge von zwei Abschnitten der Steuerfläche 28. Anders ausgedrückt liegen die Erhebungen 44 jeweils Abschnitten der Steuerfläche 28 gegenüber, die in axialer Richtung betrachtet denselben Abstand von den Öffnungen 24 haben. Wie in Fig. 12 zu sehen ist, sind die Übergänge zwischen der Anlagefläche 42 und den Erhebungen 44 abgerundet ausgebildet.

Die Verriegelungshülse 40 ist ferner mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Steuerkurven 46 versehen. Jede Steuerkurve 46 besteht aus einem sich in der Längsrichtung der Verriegelungshülse 40 erstreckenden Austrittsabschnitt 48, einem Verbindungsabschnitt 50, der sich in Umfangsrichtung erstreckt und mittig in den Austrittsabschnitt 48 mündet, und einem Halteabschnitt, der sich an das vom Austrittsabschnitt 48 abgewandte Ende des Verbindungsabschnittes 50 anschließt. Der Halteabschnitt 52 hat eine etwa rechteckige Umfangskontur mit abgerundeten Ecken (siehe Fig. 12; die Umfangskontur des Halteabschnittes 52 ist gestrichelt vervollständigt).

Im Bereich der Steuerkurve 46 ist die Verriegelungshülse 40 mit einer flachen Umfangsnut 54 ausgebildet, die breiter als der Austrittsabschnitt 48 ist, so daß sich die gesamte Steuerkurve 46 am Nutengrund befindet. In die Nut 54 kann eine Ringfeder 56 (siehe Figuren 18 und 19) eingesetzt werden, die dann bündig mit der Außenfläche der Verriegelungshülse 40 abschließt. Die Ringfeder 56 ist als geschlitzte Federstahlhülse ausgebildet und mit zwei Einkerbungen 58 versehen, in die komplementäre Nasen 60 der Seitenwände der Nut 54 eingreifen, so daß die Ringfeder 56 verdrehsicher auf der Verriegelungshülse 40 angebracht ist.

An dem bezüglich der Figuren rechten axialen Ende der Verriegelungshülse 40 stützt sich eine Druckfeder 62 ab, die mit ihrem rechten axialen Ende an einem Anschlagring 64 (siehe Fig. 20) anliegt. Der Anschlagring 64 ist auf die Außenfläche der Aufnahme 10 aufgeschoben und wird dort von einem Sicherungsring 66 gehalten, der in einer Umfangsnut 68 am rechten axialen Ende der Aufnahme 10 angeordnet ist. Das rechte axiale Ende der Verriegelungshülse 40 und das linke axiale Ende des Anschlagrings 64 sind mit einem Absatz 70 bzw. 72 versehen, auf dem axial verschiebbar eine Schutzhülse 74 angeordnet ist. Diese Schutzhülse schließt bündig mit der Außenfläche der Verriegelungshülse 40 und des Anschlagrings 64 ab.

In jeder Öffnung 24 der Aufnahme 10 ist eine Abtriebspaßfeder 76 angeordnet (siehe auch die Figuren 13 bis 15). Die Abtriebspaßfedern sind rundstirnig ausgebildet und weisen eine dem Außenraum der Aufnahme zugewandte, gekrümmte Außenseite 78 auf, deren Krümmungsradius der gleiche ist wie der Krümmungsradius der Außenfläche der Aufnahme 10 und deren Krümmungsmittelpunkt bei in den Öffnungen 24 montierten Abtriebspaßfedern im Innenraum der Aufnahme 10 liegt. Auch die Innenseite 80 jeder Paßfeder 76 ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Kontur der Innenseite 80, betrachtet in einer zur Längsachse der Aufnahme 10 senkrechten Ebene, als Kreisbogen über einen Winkel von etwa 180° verläuft. Der Krümmungsmittelpunkt der Innenseite 80 liegt dabei auf der vom Innenraum der Aufnahme 10 abgewandten Seite der Innenseite 80. Die Innenseite 80 schließt sich über abgerundete Übergänge 82 an die Außenseite 78 an.

Die in den Figuren 16 bis 17 gezeigten Antriebspaßfedern 84 sind in gleicher Weise wie die bisher beschriebenen Abtriebspaßfedern 76 ausgebildet. Von den Antriebspaßfedern 84 unterscheiden sich die Abtriebspaßfedern 76 lediglich durch einen Steuerfortsatz 86, der in der Draufsicht von Fig. 15 gesehen einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken hat. Die Höhe des Steuerfortsatzes 86 entspricht der Wandstärke der Verriegelungshülse 40 im Bereich der Steuerkurve 46. In der Vorderansicht von Fig. 14 gesehen verbreitert sich der Steuerfortsatz 86 ausgehend vom Übergang in die Außenseite 78 schwalbenschwanzförmig.

Die Kupplung wird an der Antriebswelle 14 in der folgenden Weise montiert: Zuerst wird die Antriebswelle 14 in die Aufnahme 10 eingeschoben. Dann wird die Antriebswelle 14 in Umfangsrichtung so positioniert, daß zwei an ihrem Außenumfang in Längsrichtung verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Nuten 88 mit den Öffnungen 18 ausgerichtet sind. Anschließend wird in jede Öffnung 18 eine Antriebspaßfeder 84 eingesetzt, deren Innenseite in die Nut 88 eingreift. Ferner wird in jede Öffnung 24 eine Abtriebspaßfeder 76 eingesetzt. Aufgrund der Gestaltung der Öffnungen 18 und 24 können die Paßfedern nur so weit in die Öffnungen hineingeschoben werden, daß ihre Außenseite bündig mit der Außenseite der Aufnahme 10 abschließt. Anschließend wird die Verriegelungshülse von dem bezüglich der Figuren rechten axialen Ende auf die Aufnahme 10 aufgeschoben, bis sie mit ihrer Anlagefläche 42 an der Steuerfläche 28 des Bundes 26 der Aufnahme 10 anliegt. Die Verriegelungshülse 40 ist geschlitzt ausgebildet, so daß sie geringfügig geweitet werden kann, damit sie über die über die Außenfläche der Aufnahme 10 hervorstehenden Steuerfortsätze 86 der Abtriebspaßfedern 76 geschoben werden kann. Die Verriegelungshülse 40 wird dann in Umfangsrichtung so ausgerichtet, daß die Steuerfortsätze 86 in den Halteabschnitten 52 der Steuerkurven 46 zu liegen kommen. In dieser Umfangsstellung liegen die Erhebungen 44 der Verriegelungshülse 40 an den Abschnitten 30 der Steuerfläche 28 an; mit anderen Worten ausgedrückt befindet sich die Verriegelungshülse 40 in ihrer bezüglich den Figuren weitestmöglich nach links verschobenen Stellung. Diese Stellung wird als Verriegelungsstellung bezeichnet. Anschließend werden auf die Aufnahme 10 die Druckfeder 62 und der Anschlagring 64 aufgeschoben, der mit dem Sicherungsring 66 festgelegt wird. Auf diese Weise wird die Verriegelungshülse 40 permanent gegen die Steuerfläche 28 der Aufnahme 10 beaufschlagt. Abschließend wird auf der Verriegelungshülse 40 die Ringfeder 56 in die Nut 54 eingesetzt, und die Schutzhülse 74 wird die Druckfeder 62 abdeckend zwischen der Verriegelungshülse 40 und dem Anschlagring 64 angebracht.

Die Kupplung ist nun betriebsbereit an der Antriebswelle 14 angebracht. Da die Nuten 88 der Antriebswelle 14 vor der Stirnseite des in die Aufnahme 10 eingeschobenen Endes der Antriebswelle 14 enden, kann die Kupplung nicht von der Antriebswelle 14 abgezogen werden. Da jedoch die axiale Länge der Antriebspaßfedern kleiner ist als die axiale Länge der Nuten 88, kann die Kupplung in axialer Richtung auf der Antriebswelle 14 verstellt werden.

Das Einsetzen der Abtriebswelle 16 in die Kupplung geschieht in folgender Weise: Zuerst wird die Verriegelungshülse relativ zur Aufnahme 10 in Umfangsrichtung verdreht, so daß die Erhebungen 44 der Anlagefläche 42 von den Abschnitten 30 unter Überwindung der Vorsprünge 33 zu den Abschnitten 32 der Steuerfläche 28 gelangen. Die Verriegelungshülse wird also in axialer Richtung nach rechts verstellt, bis sie in eine Freigabestellung gelangt. Die Abschnitte 34 dienen in dieser Stellung als Anschlag, und die Vorsprünge 33 verhindern ein unbeabsichtigtes Rückstellen der Verriegelungshülse in die Verriegelungsstellung. Während dieser Verstellbewegung hin zur Freigabestellung gelangt der in die Steuerkurve 46 eingreifende Steuerfortsatz 86 der Abtriebspaßfedern 76 aus dem Halteabschnitt 52 über den Verbindungsabschnitt 50 in den Austrittsabschnitt 48. Da die Außenkontur des Austrittsabschnitts 48 mit der Außenkontur der entsprechenden Abtriebspaßfeder 76 übereinstimmt, können nunmehr die Abtriebspaßfedern entgegen der Beaufschlagung durch die Ringfeder 56 in radialer Richtung nach außen bewegt werden. Diese Bewegung nach außen wird hervorgerufen durch die Wirkung der abgeschrägten Stirnseite der Abtriebswelle 16, wenn diese in die Aufnahme 10 eingeschoben wird. Der Zustand der Kupplung mit beim Einschieben der Abtriebswelle 16 nach außen in den Austrittsabschnitt 48 hinein verstellter Abtriebspaßfeder 76 ist in der oberen Hälfte von Fig. 1 sowie in Fig.2 zu sehen. Wenn die Abtriebswelle 16 weiter in die Aufnahme 10 hineingeschoben wird, tritt die Abtriebspaßfeder 76 unter der Wirkung der Ringfeder 56 in eine am Außenumfang der Abtriebswelle ausgebildete, sich in Längsrichtung erstreckende Nut 90 ein, deren Länge größer ist als die Länge der Abtriebspaßfedern und die in gleicher Weise wie die Nut 88 vor der Stirnseite des in die Aufnahme 10 eingesteckten Endes der Welle endet. Sobald die Abtriebspaßfeder 76 in die Nut 90 eingetreten ist, kann die Verriegelungshülse 40 wieder aus ihrer Freigabestellung zurück in die Verriegelungsstellung gedreht werden, in der der Steuerfortsatz 86 in den Halteabschnitt 52 der Steuerkurve 46 eingreift. Dieser Zustand ist in der unteren Hälfte von Fig. 1 sowie in Fig. 3 gezeigt. In dieser Stellung der Verriegelungshülse ist ein Austreten der Abtriebspaßfeder 76 aus den Nuten 90 der Abtriebswelle 16 heraus durch Anlage der Außenseite 78 der Abtriebspaßfeder an den den Halteabschnitt 52 umgebenden Bereichen der Verriegelungshülse 40 verhindert. Die Abtriebswelle kann nun nicht mehr vollständig aus der Aufnahme herausgezogen werden.

Aufgrund der Gestaltung der einander diametral gegenüberliegenden Nuten 90 der Abtriebswelle 16 relativ zur Länge und Anordnung der Antriebs- bzw. Abtriebspaßfedern kann die Kupplung, wenn die Stirnseiten der beiden in die Kupplung eingeschobenen Enden der Wellen aneinander anliegen, in axialer Richtung hin- und herbewegt werden. Eine in axialer Richtung von der Antriebswelle 14 zur Abtriebswelle 16 übertragene Last, insbesondere eine Stoßbelastung, wird daher nicht von der Kupplung, sondern ausschließlich durch Anlage der beiden Stirnseiten der Wellen aneinander übertragen. Lediglich eine Drehung der Antriebswelle 14 wird über die Antriebspaßfedern 84, die Aufnahme 10 und die Abtriebspaßfedern 76, also unter Zwischenschaltung der Kupplung, zur Abtriebswelle 16 übertragen. Hieraus ergeben sich die besonders geringen Verluste der Kupplung beim Hammerbohren.

Es wird darauf hingewiesen, daß die spezielle Ausgestaltung der Nuten 88 und 90 in der Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle ohne wesentlichen Einfluß auf das Verhalten der Kupplung unter Last bleibt. Es können bekannte Nuten mit verschiedenen Gestaltungen und auch verschiedenen Anordnungen verwendet werden; es muß lediglich der Querschnitt der Paßfedern an die Nuten angepaßt werden.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Kupplung besteht darin, daß ein nur sehr geringer Bauraum notwendig ist. Ein besonders interessierender Anwendungsbereich der Kupplung ist das Bohren von Sprenglöchern in Gestein. Diese Sprenglöcher haben üblicherweise einen Durchmesser von 32 mm. Bei der erforderlichen großen Tiefe der Sprenglöcher hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, den eigentlichen Bohrer nur mit einer vergleichsweise geringen Länge auszubilden und durch Zwischenschaltung von Verlängerungsstücken bis zur endgültigen Bohrtiefe in das Gestein hineinzutreiben. Es hat sich gezeigt, daß die zum Antreiben des Bohrers notwendige Antriebsenergie mit einer Kupplung übertragen werden kann, die einen Außendurchmesser von lediglich etwa 28 mm hat. Mit einer solchen Kupplung durchgeführte Versuche haben ferner die besonders geringen Energieverluste aufgezeigt. Bei Testbohrungen in Beton B50/40 Rk 0/16 mit einem Bohrhammer Bosch GBH 8 DCE ergab sich beim Bohren mit direkt in den Bohrhammer eingespanntem Bohrer mit einem Durchmesser von 32 mm eine durchschnittliche Bohrgeschwindigkeit von 96,6 mm/min bei einer Drehzahl von 250 U/min, einer Anpreßkraft von 160 N und einer Schlagzahl von 2650 pro Minute. Bei identischen Rahmenbedingungen sank die Bohrgeschwindigkeit, wenn eine Kupplung gemäß dem Stand der Technik zwischen dem Bohrer und einer Verlängerung verwendet wurde, auf 45,4 mm/min ab. Bei denselben Rahmenbedingungen läßt sich dagegen, wenn die erfindungsgemäße Kupplung verwendet wird, eine durchschnittliche Bohrgeschwindigkeit zwischen 89,5 mm/min und 94,7 mm/min, abhängig von der Art der verwendeten Verlängerung, erzielen.

Claims

Kupplung zum lösbaren Verbinden einer Antriebs- mit einer Abtriebswelle für ein Hammerbohrwerkzeug, mit einer rohrförmigen Aufnahme (10), in die jeweils ein Ende jeder Welle (14, 16) eingesteckt werden kann und die in ihrer Wandung mit mindestens einer der Antriebswelle (14) zugeordneten Öffnung (18), in der eine Antriebspaßfeder (84) angeordnet ist, und mit mindestens einer der Abtriebswelle (16) zugeordneten Öffnung (24) versehen ist, in der eine Abtriebspaßfeder (76) angeordnet ist, und mit einem Verriegelungsmechanismus (40, 86), der manuell zwischen einer Verriegelungsstellung, in der die Abtriebspaßfeder (76) in einer in den Innenraum der Aufnahme (10) hineinragenden Stellung arretiert ist, und einer Freigabestellung verstellbar ist, in der die Abtriebspaßfeder (76) in radialer Richtung nach außen bewegbar ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder (84, 76) eine vom Innenraum der Aufnahme (10) abgewandte Außenseite (78) aufweisen, die gekrümmt verläuft, wobei der Krümmungsradius der gleiche ist wie der Krümmungsradius der Außenfläche der Aufnahme (10) und der Krümmungsmittelpunkt im Innenraum der Aufnahme (10) liegt.
Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder (84, 76) eine dem Innenraum der Aufnahme (10) zugewandte Innenseite (80) haben, die, betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Aufnahme (10), als Kreisbogen über einen Winkelbereich von etwa 180° verläuft, an den sich die gekrümmte Außenseite (78) anschließt, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Innenseite (80) auf der von der Längsachse der Aufnahme (10) abgewandten Seite der Innenseite liegt.
Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen der Außenseite (78) und der Innenseite (80) abgerundet ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebspaßfeder (76) auf ihrer Außenseite mit einem Steuerfortsatz (86) versehen ist.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerfortsatz (86), betrachtet in einer Ebene, die zu einem durch den Steuerfortsatz laufenden Radius senkrecht ist, einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken hat.
Kupplung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerfortsatz (86) sich ausgehend vom Übergang in die Abtriebspaßfeder zu seinem freien Ende hin schwalbenschwanzförmig erweitert.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder (84, 76) rundstirnig ausgebildet sind.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsmechanismus eine Verriegelungshülse (40) enthält, die auf der Außenfläche der Aufnahme (10) in axialer Richtung verschiebbar und in Umfangsrichtung verdrehbar angeordnet ist und mindestens eine Steuerkurve (46) aufweist, in die der Steuerfortsatz (86) der Abtriebspaßfeder (76) eingreift.
Kupplung nach Anspruch 5 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Steuerfortsatzes (86) der Wandstärke der Verriegelungshülse (40) entspricht.
Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (10) an einem axialen Ende mit einem Bund (26) versehen ist, wobei der Absatz zwischen dem Bund (26) und der Außenfläche der Aufnahme (10) als in axialer Richtung ausgerichtete Steuerfläche (28) ausgebildet ist, die mit dem dem Bund (26) zugewandten axialen Ende der Verriegelungshülse (40) zusammenwirkt, das als Anlagefläche (42) ausgebildet ist.
Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (28) drei Abschnitte (30, 32, 34) aufweist, die jeweils durch schräg verlaufende Übergänge miteinander verbunden sind, wobei die drei Abschnitte (30, 32, 34), in einer ersten Umfangsrichtung betrachtet, nach der Art von Treppenstufen aufeinanderfolgen und in Umfangsrichtung gemessen etwa dieselbe Länge haben.
Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (42) mit zwei voneinander beabstandeten Erhebungen (44) versehen ist, deren in der Umfangsrichtung gemessene Länge der Länge eines Abschnittes der Steuerfläche (28) entspricht und deren Abstand voneinander der Länge von zwei Abschnitten der Steuerfläche (28) entspricht.
Kupplung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Bund (26) gegenüberliegenden axialen Ende der Aufnahme (10) ein Anschlagring (64) angeordnet ist und daß zwischen dem Anschlagring (64) und der Verriegelungshülse (40) eine Druckfeder (62) angeordnet ist, welche die Verriegelungshülse (40) zur Steuerfläche (28) hin beaufschlagt.
Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Bund (26) gegenüberliegenden axialen Ende der Aufnahme (10) eine Umfangsnut (68) ausgebildet ist, in der ein Sicherungsring (66) angeordnet ist, gegen den der Anschlagring (64) von der Druckfeder (62) gedrückt wird.
Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (62) von einer Schutzhülse (74) umgeben ist, die mit der Außenfläche der Verriegelungshülse (40) und des Anschlagringes (64) bündig abschließt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (46) einen Austrittsabschnitt (48), dessen Kontur etwa der Außenkontur der Abtriebspaßfeder (76) entspricht, sowie einen Halteabschnitt (52), dessen Kontur etwa der Außenkontur des Steuerfortsatzes (86) entspricht, und einen Verbindungsabschnitt (50) aufweist, der den Halteabschnitt (52) mit dem Austrittsabschnitt (48) verbindet, wobei sich der Verbindungsabschnitt (50) in Umfangsrichtung erstreckt und etwa mittig in den sich senkrecht zu diesem erstreckenden Austrittsabschnitt (48) mündet und der Steuerfortsatz (86) in den Halteabschnitt (52) eingreift, wenn sich die Verriegelungshülse (40) in der Verriegelungsstellung befindet, und der Austrittsabschnitt (48) mit der Abtriebspaßfeder (76) ausgerichtet ist, wenn sich die Verriegelungshülse (40) in der Freigabestellung befindet.
Kupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, daß die Verriegelungshülse (40) mit einer Umfangsnut (54) versehen ist, in der bündig mit der Außenfläche der Verriegelungshülse (40) abschließend eine Ringfeder (56) in der Form einer geschlitzten Federstahlhülse angeordnet ist, welche die Steuerkurve (46) der Verriegelungshülse (40) abdeckt.
Kupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (56) mit zwei Einkerbungen (58) versehen ist, in die komplementäre Nasen (60) an den Seitenflächen der Umfangsnut (54) der Verriegelungshülse (40) eingreifen, so daß die Ringfeder (56) verdrehsicher angeordnet ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Öffnungen (18, 24) in der Aufnahme (10), betrachtet in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse der Aufnahme, entlang einem der Innenseite der Aufnahme zugewandten Bereich als Kreisbögen (20) verlaufen.
Kupplung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbögen (20) einer Öffnung einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben.
Kupplung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Kreisbögen (20) zur Außenfläche der Aufnahme (10) hin Auslaufabschnitte (22) anschließen, die zueinander etwa parallel sind.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem axialen Ende der Aufnahme (10) auf deren Innenfläche eine Umfangsnut (36) vorgesehen ist, in der ein Dichtungsring (38) angeordnet ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Antriebs- und Abtriebspaßfedern (84, 76) vorgesehen sind, die einander diametral gegenüberliegen.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Außendurchmesser von etwa 28 mm hat.
Baugruppe aus einer Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Antriebswelle (14), die an ihrem in die Aufnahme (10) eingesteckten Ende mit mindestens einer sich in der Längsrichtung der Welle (14) erstreckenden Nut (88) in ihrer Mantelfläche versehen ist, in die die Antriebspaßfeder (84) eingreift, wobei die Nut (88) länger ist als die Antriebspaßfeder (84) und vor der Stirnseite des in die Aufnahme (10) eingesteckten Endes der Welle (14) endet.
Baugruppe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aufnahme (10) auch eine Abtriebswelle (16) eingesteckt ist, die an ihrem in die Aufnahme (10) eingesteckten Ende mit mindestens einer sich in der Längsrichtung der Welle erstreckenden Nut (90) in ihrer Mantelfläche versehen ist, in die die Abtriebspaßfeder (76) eingreift, wobei die Nut (90) länger ist als die Abtriebspaßfeder (76) und vor der Stirnseite des in die Aufnahme (10) eingesteckten Endes der Welle (16) endet und wobei die Antriebs- und die Abtriebspaßfeder (84, 76) relativ zu den Nuten (88, 90) der Wellen (14, 16) so angeordnet sind, daß die Aufnahme (10), wenn die Stirnseiten der in die Aufnahme eingesteckten Wellenenden aneinander anliegen, relativ zu den Wellen (14, 16) in axialer Richtung verschiebbar ist.