DE69201560T2 - SCHLINGFEDERKUPPLUNG FüR SCHLAGDRUCKAPPARAT. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Kupplungen für Steinbohrer und dergleichen im allgemeinen, und insbesondere eine Kupplungsanordnung zum Übertragen einer Drehbewegung in einem Schlagdruckapparat.
• Gegenwärtig werden Kupplungsmechanismen mit Sperrzahnrad und Sperrklinke eingesetzt, um eine Drehbewegung in einem Schlagdruckapparat, wie z. B. bei Steinbohrern, zu übertragen. Diese Kupplungsmechanismen sind schwierig und teuer herzustellen. Wenn eine Kupplung mit Sperrzahnrad und Sperrklinke verschleißt oder kaputt geht, muß in der Regel die gesamte Anordnung repariert oder ausgetauscht werden.
• Kupplungen mit Sperrzahnrad und Sperrklinke verursachen bei dem Steinbohrer auch eine beträchtliche Kompliziertheit. Es ist erwünscht, die Steinbohreranordnung so stark wie möglich zu vereinfachen, um die Einfachheit der Herstellung und Reparatur des Schlagdruckapparates zu verbessern.
• Als Beispiel aus dem Stand der Technik offenbart die US-A 3,476,192 eine Kupplung für einen Drehhammer, bei dem Antriebs- und Abtriebsnabenelemente über eine Schlingfeder miteinander verbunden sind, wobei eine Kupplungsanordnung zum Übertragen einer Drehbewegung von einem Drehantriebselement an ein koaxiales Abtriebselement vorgesehen ist, wobei das Drehmoment über die Schlingfeder übertragen wird, die um die äußere Oberfläche der Antriebs- und Abtriebselemente gewunden ist. Die Kupplungsanordnung wird dafür in dem Drehhammer für den Antrieb eines Bohrstahls eingesetzt. Der Bohrstahl wird auch in einer axialen Richtung durch ein Schlagantriebselement hin- und herbewegt, das von einer in einem Motorgehäuse des Drehhammers angeordneten Antriebseinrichtung angetrieben wird. Die Antriebseinrichtung enthält Vorrichtungen mit Sperrzahnrad und Sperrklinke.
• Es besteht nun eine Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der Bewegung auf die Schlingfeder übertragen wird, so daß eine relative Drehbewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Buchse in einer ersten Richtung erlaubt und in einer zweiten Richtung unterbunden ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kupplungsanordnung zum Übertragen von Drehbewegung in einen Schlagdruckapparat auf einem Bohrstahl vorgesehen, wobei die Kupplungsanordnung eine erste Buchse mit einer daran geformten ersten zylindrischen Oberfläche aufweist, mit einer zweiten Buchse, die im wesentlichen drehbar mit dem Bohrstahl verbunden ist, wobei die zweite Buchse eine daran angeformte zweite zylindrische Oberfläche hat, wobei die zweite zylindrische Oberfläche mit der ersten zylindrischen Oberfläche koaxial ist; und mit einer Schlingfeder in Verbindung mit einem Abschnitt der ersten zylindrischen Oberfläche und der zweiten zylindrischen Oberfläche, wobei eine relative Drehbewegung zwischen der ersten Buchse und der zweiten Buchse in einer ersten Richtung ermöglicht und in einer zweiten Richtung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich hin- und herbewegender Kolben, der ein Schlagantriebsglied darstellt, vorgesehen ist, wobei der Kolben mit der ersten Buchse verbunden ist, wodurch eine axiale Hin- und Herbewegung des Kolbens die erste Buchse in einer oszillierenden Drehbewegung bewegt, um die Schlingfeder zu lösen und zu spannen, was zu einer Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Buchse führt.
• Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen Schlagdruckapparat, der eine Kupplungsanordnung enthält, die im wesentlichen, wie eben beschrieben, beschaffen ist.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, werden nun beispielhaft die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine perspektivische Seitenansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Schlingfederkupplungsanordnung zeigt.
• Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung der in Figur 1 gezeigten Schlingfederkupplungsanordnung.
• Fig. 3 ist eine teilweise gebrochen dargestellte Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Schlingfederkupplungsanordnung.
• Fig. 4 ist eine Seitenteilquerschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Schlagdruckapparates mit einer Schlingfederkupplungsanordnung der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 5 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Schlagdruckapparates mit einer Schlingfederkupplungsanordnung der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 6 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines Schlagdruckapparates mit einer Schlingfederkupplungsanordnung der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 7 ist eine Seitenteilansicht eines Abschnittes des Kolbens 60 von Figur 5 mit zugehörigen Nuten.
Detaillierte Beschreibung
• In dieser Offenbarung sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen identische Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen.
• Im allgemeinen ist bei einem Schlagdruckapparat 10, beispielsweise bei einem Steinbohrer, der von der Machart nach unten gehender Löcher oder Nebenlöcher sein kann, vorgesehen, einem Bohrstahl 14 eine Drehbewegung zu erteilen. Eine Schlingfederkupplungsanordnung 16 vollführt diese Übertragung der Drehbewegung (Figuren 1 bis 3). Die Schlingfederkupplungsanordnung 16 hat eine erste Buchse 18, eine zweite Buchse 20 und eine Schlingfeder 17.
• Eine erste Buchsenoberfläche 24 ist auf der ersten Buchse 18 gebildet, während eine zweite Buchsenoberfläche 26 auf der zweiten Buchse 20 gebildet ist. Die erste Buchsenoberfläche 24 und die zweite Buchsenoberfläche 26 sind bezüglich einer imaginären Achse 22 konzentrisch.
• Die Schlingfeder 17 bildet eine feste Verbindung mit der ersten Buchsenoberfläche 24 und der zweiten Buchsenoberfläche 26. Kein Abschnitt der Schlingfeder 17 ist fest mit der ersten Buchsenoberfläche 24 oder der zweiten Buchsenoberfläche 26 verbunden.
• Wenn die erste Buchse 18 in einer ersten Drehrichtung 28 relativ zur zweiten Buchse 20 gedreht wird, werden Wicklungen der Schlingfedern 17 enger um die erste Buchsenoberfläche 24 und die zweite Buchsenoberfläche 26 geschlungen. Eine Relativdrehung zwischen der ersten Buchse 18 und der zweiten Buchse 20 wird dadurch verhindert.
• Alternativ werden, wenn sich die erste Buchse 18 in einer zweiten Drehrichtung 30 relativ zur zweiten Buchse 20 dreht, die Wicklungen der Schlingfeder 17 um die erste Buchse 18 und die zweite Buchse 20 gelöst. Dieses Lösen erlaubt eine Relativbewegung zwischen der ersten Buchse 18 und der zweiten Buchse 20.
• Die erste Buchsenoberfläche 24 und die zweite Buchsenoberfläche 26 können entweder eine äußere Umfangsoberfläche 32 der ersten Buchse 18 und der zweiten Buchse 20 (siehe Figuren 1 und 2) oder eine innere Umfangsoberfläche 34 der ersten Buchse 18 und der zweiten Buchse 20 (wie in Figur 3 gezeigt ist) bilden. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist eine Relativdrehung zwischen der ersten Buchse 18 und der zweiten Buchse 20 in der ersten Drehrichtung 28 verhindert, während sie in der zweiten Drehrichtung 30 ermöglicht ist.
• Es gibt drei alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die eine Drehung eines Antreibers 12 in eine intermittierende Bewegung des Bohrstahles 14 in einer einzigen Richtung umformen. Diese interrnittierende Bewegung des Bohrstahls ist erwünscht, so daß jedes Mal, wenn der Bohrstahl eine Arbeitsoberfläche berührt, dies unter einem anderen Winkel und in einer anderen Position geschieht.
• In einem ersten, in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt eine Vielzahl von Druckstempelstäben 36 hin- und hergehend auf gegenüber liegende Seiten eines Druckstempelanschlags 37, der an einem Druckstempelbund 38 befestigt ist. Jeder Druckstempelstab 36 wird reversibel drehend betätigt durch ein Arbeitsfluid, das in Arbeitskammern 59a,b enthalten ist. Das Arbeitsfluid wird den Arbeitskammern 59a,b alternativ zugeführt, um eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 12, wie es im Stand der Technik bekannt ist, zu bewirken. Jede Drehbewegung der zweiten Buchse 20 wird auf den Bohrstahl 14 übertragen.
• Die Figuren 5 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein hin- und hergehender Kolben 60 ist innerhalb des Schlagdruckapparates 10 angeordnet. Eine oder mehrere axial fluchtende Rillen 62 erstrecken sich auf dem Kolben 60 in axialer Richtung. Ein Vorsprung 61 erstreckt sich von einem Abschnitt des Schlagdruckapparates 10 in die axial fluchtenden Rillen 62. Dies stellt sicher, daß sich der Kolben 60 nahezu ohne Rotation axial bewegt.
• Auf dem Kolben sind auch eine oder mehrere schraubenförmige Rillen 66 geformt. Eine Kolbenmutter oder Kolbenbüchse 70 ist im wesentlichen axial in Bezug auf einen Abschnitt des Schlagdruckapparates 10 fixiert, ist jedoch innerhalb des Schlagdruckapparates 10 drehbar. Auf der Kolbenmutter 70 ist ein Vorsprung 72 gebildet, der sich in die schraubenförmige Rille 66 erstreckt. Wann immer der Kolben sich innerhalb des Schlagdruckapparates axial hin- und herbewegt, zwingt der Vorsprung 72, der mit den schraubenförmigen Rillen in Verbindung steht, die Kolbenmutter 70, sich drehend relativ zum Kolben 60 hin- und herzubewegen. Es ist zu beachten, daß der Kolben 60 in der Ausführungsform nach Figur 4 keine Rillen 62 oder 66 enthält.
• Die Kolbenbuchse oder -mutter 70 ist mit einer Kolbenbuchsenoberfläche 74 ausgestattet. Ein Futter 76 ist neben der Kolbenbuchse 70 angeordnet. Eine Futterhülsenoberfläche 78 ist auf dem Futter 76 angeordnet. Die Futterhülsenoberfläche 78 ist mit der Kolbenbuchsenoberfläche 74 koaxial. Somit erstreckt sich die Schlingfeder 17 dazwischen in Eingriffskontakt mit der Futterbuchsenoberfläche 78 und der Kolbenbuchsenoberfläche 74. Die Schlingfeder wirkt zwischen den beiden Buchsenoberflächen 74 und 78 wie zuvor beschrieben.
• Somit führt eine axiale Hin- und Herbewegung des Kolbens 60 zu einer hin- und hergehenden Drehbewegung der Kolbenbuchse 70, die die Schlingfederanordnung 16 in eine intermittierende gleichgerichtete Drehbewegung des Futters übersetzt. Der Bohrstahl 14 ist, wie oben beschrieben, drehmäßig relativ zu dem Futter 76 fixiert. Eine Längsverschiebung des Bohrstahls innerhalb der Kupplung ist jedoch möglich.
• Während der Hin- und Herbewegung des Kolbens innerhalb des Schlagdruckapparates 10 kontaktiert der Kolben den Bohrstahl, der nur um eine sehr kleine axiale Distanz verschoben werden kann. Dieser Kontakt und die resultierende Verschiebung des Bohrstahls führen zu der Schlagbewegung des Bohrstahls.
• In beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, wird eine in zwei Richtungen gehende oszillierende Rotationsbewegung vor der Schlingfeder übersetzt in eine in eine Richtung gehende Schrittbewegung nach der Schlingfeder. Damit soll gezeigt werden, daß die Schlingfederkupplungsanordnung 16 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, um eine oszillierende Bewegung, die von jeder bekannten Vorrichtung bei der Anwendung in Schlagdruckapparaten erzeugt wird, in eine in eine Richtung gehende Schrittbewegung übersetzt werden kann.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Figur 6, weist die Schlingfederkupplungsanordnung 16 eine stationäre Buchse 80 auf, die an einem Hinterende 82 des Schlagdruckapparates 10 und an einem Buchsenabschnitt 86 mit einer mit Rillen versehenen Stange befestigt ist. Die stationäre Buchse 80 hat eine erste, daran gebildete stationäre Buchsenoberfläche 85, und der Buchsenabschnitt 86 mit der mit Rillen versehenen Stange hat eine darauf geformte zweite Buchsenoberfläche 88. Die Schlingfeder erstreckt sich zwischen der ersten Buchsenoberfläche 85 und dem zweiten Buchsenabschnitt 88 und arbeitet, wie zuvor in dieser Offenbarung beschrieben worden ist.
• Der Buchsenabschnitt 86 mit der mit Rillen versehenen Stange weist einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 89 mit darin geformten schraubenförmigen Rillen 90 auf. Ein Kolben 94 kann, bis auf jeglichen einschränkenden Kontakt mit dem Buchsenabschnitt 86 der mit Rillen versehenen Stange, frei rotieren. Ein oder mehrere Reiter 98, die an einer inneren Oberfläche des Kolbens 94 gebildet sind, laufen in den schraubenförmigen Rillen 90 des Buehsenabschnitts 89 der mit Rillen versehenen Stange.
• Der Kolben 94 kann um seine Längsachse innerhalb des Schlagdruckapparates 10 frei rotieren. Wenn sich der Kolben 94 nach oben bewcgt, wird die Schlingfeder 17 um die zweite Buchsenoberfläche 88 verengt, und eine Relativdrehbewegung zwischen der stationären Buchse 80 und dem Buchsenabschnitt 86 der mit Rillen versehenen Stange wird unterbunden. Dadurch folgt jedesmal, wenn der Kolben 92 in Richtung zu dem Hinterende 82 wandert, der Kolben den schraubenförmigen Rillen 90.
• Wenn der Kolben 94 von dem Hinterende 82 wegwandert, üben die Reiter 98 eine Kraft gegenüber den schraubenförmigen Rillen 92 aus, was dazu führt, daß die Schlingfeder 17 gelöst wird. Dadurch wird eine Relativdrehung zwischen der stationären Buchse 80 und dem Buchsenabschnitt 86 der mit Rillen versehenen Stange ermöglicht.
• Axial ausgerichtete Rillen 104 sind auf einer äußeren Oberfläche des Kolbens 94 gebildet.
• Ein Futter 106, das aus den Futterelementen 106a und 106b gebildet ist, enthält den Kolben 94, und ein oder mehrere Wellenkeile 108 sind auf einer inneren Umfangsfläche des Futters 106 gebildet. Dadurch wird eine Relativdrehung verhindert, während eine Längsverschiebung zwischen dem Kolben 94 und dem Futter 106 möglich ist.
• Das Futter 106 ist so ausgebildet, daß es den Bohrstahl 14 aufnimmt, wobei insbesondere jede dem Kolben erteilte Drehung auf den Bohrstahl übertragen wird.

Claims (10)

1. Kupplungsanordnung (16) zum Übertragen von Drehbewegung in einen Schlagapparat (10) auf einen Bohrstahl (14), wobei die Kupplungsanordnung eine erste Buchse (18) mit einer daran geformten ersten zylindrischen Oberfläche (24), eine zweite Buchse (20), die im wesentlichen drehbar mit dem Bohrstahl verbunden ist, wobei die zweite Buchse eine daran geformte zweite zylindrische Oberfläche (26) hat, aufweist, wobei die zweite zylindrische Oberfläche (26) mit der ersten zylindrischen Oberfläche (24) koaxial ist; und eine Wickelfeder (17) in Verbindung mit einem Abschnitt der ersten zylindrischen Oberfläche (24) und der zweiten zylindrischen Oberfläche (26) aufweist, wobei eine relative Drehbewegung zwischen der ersten Buchse (18) und der zweiten Buchse (20) in einer ersten Richtung ermöglicht und in einer zweiten Richtung verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich hin und her bewegender Kolben (12, 60), der ein Schlagantriebsglied darstellt, vorgesehen ist, wobei der Kolben mit der ersten Buchse (18) verbunden ist, wodurch eine axiale hin und hergehende Bewegung des Kolbens (12, 60) die erste Buchse (18) in einer oszillierenden Drehbewegung bewegt, um die Wickelfeder (17) zu lösen und zu spannen, was zu einer Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten Buchse (18, 20) führt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste zylindrische Oberfläche (24) und die zweite zylindrische Oberfläche (26) im fnneren der ersten Buchse (18) und der zweiten Buchse (20) geformt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste zylindrische Oberfläche und die zweite zylindrische Oberfläche an der Außenseite der ersten Buchse und der zweiten Buchse geformt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Buchse eine Antriebsbuchse und die zweite Buchse eine angetriebene Buchse ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der ersten Buchse Druckstempelstangen (36) verbunden sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit der zweiten Buchse eine Stange (86) mit Stellgewinde verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Buchse über ein Spannfutter (106) mit dem Drehstahl drehbar verbunden ist und mit Verbindereinrichtungen (108) um eine relative Drehung zwischen der zweiten Buchse und dem Drehstahl im wesentlichen einzuschränken, wobei eine Längsverschiebung dazwischen ermöglicht wird.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Radius der ersten zylindrischen Oberfläche im wesentlichen gleich einem Radius der zweiten zylindrischen Oberfläche ist.

9. Schlagapparat (10) mit einer Spannzangenanordnung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Buchse drehbar an einem Gehäuse des Schlagapparates befestigt ist.