专利名称：用来在土地内掘进孔的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来在土地内掘进孔的装置，如由DE 4332113A1所知。
对于特别是孔径约为150mm至1300mm的水平孔，但是也包括土地内的垂直孔，采用这样的钻削装置，在这种装置中在机壳内可旋转地支承一旋转驱动的轴，在其朝向工作面前壁或孔底的末端上设有钻削头。
根据应该在里面钻孔的土地的情况钻削头做得各不相同。因此当在钻孔长度上待切除的土壤的情况出现变化，便经常出现困难。通常配备滚轮、刀头或刀盘的岩石钻削头在软的，例如粘土状土地内会被粘住，而在粘土或疏松的砂土中显示良好钻削性能的钻削头如果碰到岩石或大石块则由于高的磨损便很快失效。
在由DE 4332113 A1所知的装置中这个问题可以通过这样的方法解决，即，使钻削头产生一摆动运动，使它以高的频率和因此以高的动能对工作面前壁或孔底施加快速的冲击，但是同时以大的扭矩和慢的转速清理切下的钻屑，或者如果工作面前壁上的土壤太软，不易剥落下来，那么便用大的扭矩刮削土壤。通过冲击效应特别是在较硬的地层时可以显著提高钻削导入(钻进速度)。
为了产生摆动运动，装置的驱动主轴的上面可旋转地支承钻削头的朝向工作面前壁的轴颈相对于主轴轴线成一锐角安装。现在如果主轴旋转驱动，那么钻削头以相当于主轴转速的频率摆动，摆动运动的振幅取决于摆动中心的距离和摆动角的大小。
为了产生钻削头缓慢的自身旋转，它配备一外锥齿轮，它在作摆动运动时在一位置固定的内锥齿轮上滚动。由此使钻削头产生与主轴反方向的转速，而且具有取决于外锥齿轮相对于内锥齿轮的结构参数的速比。应该可以达到30∶1至60∶1的速比。
虽然实际表明，由DE 4332113A1所知的装置适合于挖掘非常不同的土地，但缺点是，钻削头的转速对于许多土壤状况不是最佳的，因为大多太高。
此外缺点是，通过钻削过程受到明显磨损的钻削头由于外锥齿轮其制造很复杂，由此提高了这种装置的连续运行成本。
此外缺点是，相互啮合的锥齿轮由于剥离物的进入而造成更大的磨损。
最后缺点是，特别是大的钻屑块不能可靠地排出，容易造成输送管道的堵塞。
因此本发明的目的一方面是，这样地改进由DE 4332113A1所知的装置，使它适用于较大范围的不同土地。在第二个方面，装置应该改进成这样，即，减小其使用所带来的运行费用。在第三个方面，应该提高装置的使用寿命。最后在第四方面，应该使钻屑可靠地从钻削头空腔内排出。当然，不同的方面也可以有利地在一个装置中共同实现。
这些目的通过在权利要求1、11、14和17中表示的装置实现。
在按权利要求1的装置中，钻削头的旋转驱动继续通过这样的方法进行，即，它具有一圆周区，它在主轴旋转时在一对应圆周区上滚动。现在通过滚动引起的钻削头的旋转在其转速方面按照本发明通过这样的方法控制，即可以使对应圆周区本身旋转。因此，根据对应圆周区旋转方向的不同，在主轴转速保持不变时造成钻削头合转速的升高或降低。
对应圆周区和在它上面滚动的圆周区可以用任何确保在运动期间滚动的方式被脱开。但是为了制造的方便性和运行可靠性，圆周区最好包括一外齿，对应圆周区包括一内齿。
对应圆周区最好做成一与主轴轴线同心设置的内齿轮，按照本发明可以使它旋转。
对于由DE 4332113A1所知的装置，在过去一段时间内表明，对于许多应用场合，钻削头的摆动频率和转速之比不是最佳的。对于钻进速度，钻削头较低的转速大多是有利的。因此本发明装置的一种优选实施形式设想，对应圆周区可借助于一与主轴啮合的行星齿轮装置产生旋转。这种实施形式有这样的优点，即，与同种类型的装置相比它不需要另外的昂贵的驱动电机。此外这种实施形式的特点在于其具有特别高的运行可靠性。
但是对应圆周区也可以借助于一单独的驱动装置独立于主轴产生旋转，亦即对应圆周区和主轴不连接。独立驱动装置设计成可控或可调节的则特别优选，由此使运行期间钻削头转速和摆动频率之比与待钻削土地的类型相匹配。
为了避免特别是主轴的旋转驱动装置过载和减小特别是钻削头的磨损，最好设一这样的装置，用它可以根据主轴旋转驱动装置的功率控制或调节进给量。通过这种结构可以促使，进给量和钻削头的驱动功率之间始终存在最佳的比例。
如果借助于液压机构进行进给和主轴的旋转驱动，那么优选设置这样的装置，它对造成进给和主轴旋转驱动的液压压力相互相对地进行控制或调节。例如如果用于旋转驱动的马达的压力不够高，那么便降低造成进给的液压压力，直至用来产生旋转驱动的驱动马达的工作压力足够为止，如果驱动马达的压力太高，那么便降低产生进给的液压压力，直至在旋转马达上同样建立希望的压力为止。其结果是，通过这种结构确保装置的最佳充分利用，这时达到尽可能大的钻进速度，而不必经常为此进行人工调节。
在按权利要求11的装置中，钻削头这样地做成多件式，使得由于与待切除土地摩擦而受到高的磨损的刀具部分可与支承部分分开。通过这个措施使与钻削头在其旋转期间进行摆动运动的装置有关的运行费用不高于普通工作的装置的情况，因为在钻削头磨损的情况下，钻削头的制造费用高的锥齿轮和支承构件不必更换。如果像优选的那样，钻削头分成一中央支承部分和一固定在它上面的刀具部分，那么刀具部分的更换，与对于普通装置对整个钻削头的进行更换的情况相比，所带来的改装时间大大缩短。由于由此所实现的时间效率和因此单位时间钻进速度的提高而使运行费用反而降低。
刀具部分通过螺钉固定在支承部分上的钻削头结构特别优选。螺钉最好均布设置在支承部分的一个分度圆上。
通过在按权利要求14的装置中设置一至少基本上使钻削头的支承装置密封的密封装置，防止，增加磨损的钻屑进入圆周区在对应圆周区上滚动的区域。
在本发明装置的一种优选实施形式中，密封装置包括一弹性波纹管。它用来补偿钻削头支承部分和一不摆动的但是以挖掘盘转速旋转的法兰之间的径向相对运动。此法兰最好通过一滑环密封装置相对于装置的壳体密封。
通过在按权利要求17的装置中，将钻削头和输送管接收端设计成这样，即，通过钻削头的摆动运动将位于接收端前面的那些钻屑用机械方式送入输送管，使钻屑的排出比现有技术中有效得多地进行。
如果像优选的那样，钻削头在其背向工作面前壁的一侧具有至少一个突起，它通过摆动运动至少近似于进入输送管的接收端，那么钻屑便特别有效地进入输送管内，并通过周期的机械压力在输送单元内继续输送。
为了避免尽管有效地输送，但是可能造成输送过程的阻滞甚至停顿，最好在连接在输送管接收端上的区域内设置至少将大的钻屑块粉碎的装置。
该装置可以由有源工作的，亦即自驱动的破石机组成。但是，粉碎装置包括非常可观地在输送管横截面内延伸的破碎筋的实施形式令人惊讶地有效以及便于制造，因此优选考虑。
如果接收端在横截面内做成部分环形，那么输送管的有效性，亦即用它所达到的卸载率进一步提高。也就是说接收端便可以沿孔的内圆周对称于其最深部位设置在孔内，使得不必为了接收端的“装料”去克服高度差。
如果装置包括用来将输送空气吹入钻削头空间的附加装置，如用于由现有技术所知的气动排出装置那样，那么卸载率还可以提高。
在附图中示意表示本发明装置的实施例。附图表示
图1第一实施例的纵剖视；图2第二实施例的纵剖视；图3按图2中剖分线A-A的视图；图4按图2中剖分线B-B的视图。
总体用100表示的装置包括一钻削头1，它具有一做成挖掘盘2的刀具部分30和一支承部分3。挖掘盘2和支承部分3用许多圆柱螺钉4相互固定，在图中只能看到其中一个螺钉。圆柱螺钉4均布设置在一半径为R的分度圆上。由于钻削头1分成两件受到磨损的刀具部分30在到达磨损极限后可以通过松掉螺钉4在工地上拆卸，并用新的或修理过的刀具部分更换。
挖掘盘2配备一中心盘，其尖端6位于钻削头的旋转轴线A上。在所示实施例中，挖掘盘2具有三个径向向外延伸的臂7、7′、7″，其中在图中上部表示的臂7配备许多刀头8。
钻削头1通过支承部分3借助于一支承装置40可旋转地支承在主轴12的轴颈11上，支承装置包括滚锥轴承9、10。具有基本上圆柱形的外圆周面的轴颈11这样地形成在主轴12上，使其轴线B与旋转轴线A相交成一约5°的锐角ω。
主轴12本身通过滚锥轴承13、14可绕旋转轴线A旋转地支承在一机壳15内，并由一在端面处法兰连接的液压马达16旋转驱动。支承部分3朝向挖掘盘2的部分设计成与轴颈11的轴线B同心设置的、下面称之为摆动齿轮17的齿轮，从而作为圆周区18，它在主轴12旋转时在一起对应圆周区19作用的内齿20中滚动。
内齿20做成与主轴轴线同心设置并相对于它可旋转地支承的内齿轮21。
内齿轮在与内齿20相对的一端上具有另一内齿22，它是总体用28表示的行星齿轮装置的一部分。行星齿轮23直径24较小的部分的齿与内齿22啮合。行星齿轮23直径较大的部分25与一设置在主轮12上的外齿26以及一设置在机壳15内的内齿27啮合，使行星齿轮在主轴12旋转驱动期间沿相同的旋转方向环绕旋转轴线A运动。这时内齿轮21与钻削头11反方向旋转，钻削头的旋转通过摆动齿轮17在内齿20上的滚动造成。当然通过选择行星齿轮装置28的速比可以规定内齿轮21相对于主轴12的旋转速度，最终确定钻削头的摆动频率与旋转频率之比。
为了使支承装置40或机壳15内部相对于钻削头空腔O密封，设置一密封装置50。它包括一弹性波纹管51，它在横截面内大致做成V形。它这样安装，使其凹面朝向钻削头O。
波纹管51的环形自由端分别具有朝外的加粗部位52，53，其中一个加厚部位52装在支承部分3的做得互补的环形槽54内，另一个加厚部位安装在一借助于滚珠轴承56可旋转地相对于机壳支承的环57的环形槽55内。因此波纹管51承受钻削头1相对于机壳15的由摆动运动引起的垂直运动分量。
在以摆动频率环绕运动的环57和机壳朝向它的端面之间安装一滑环密封件58，它防止污物进入滚珠轴承56。
在图2中总体以200表示的装置同样包括一钻削头1，它具有一挖掘盘2和一支承部分3。挖掘盘2和支承部分3用许多圆柱螺钉4相互固定，其中在图中仅仅画出两个螺钉。
挖掘盘2配备一中央刀刃5，其尖端位于钻削头的旋转轴线A上。在所示实施例中挖掘盘2具有三个径向向外延伸的臂7、7′、7″。
钻削头1通过支承部分3借助于图中未画出的轴承可旋转地支承在主轴的一轴颈上。具有基本上圆柱形外圆周面的轴颈这样地形成在主轴上，使其轴线B与旋转轴线A相交成一锐角ω。
主轴本身可绕旋转轴线A旋转地支承在机壳8内，并由一液压马达旋转驱动。
一输送通道10用来排出切下的钻屑，通道后部区域的圆形内横截面到钻削头空腔O为止是削平的，以便最后在一部分环形横截面的接收端12内通入钻削头空腔O(特别是见图2和3)。
在接收端12区域内设有破碎筋13，它们大致径向延伸，如在图2中所见。破碎筋13分别这样地成对设置，使得在两条相邻的破碎筋13的一小的距离后面跟着一较大的距离。筋13的间隔这样选择，使得待排出的钻屑这样地粉碎，使它可毫无问题地通过输送通道10排出。
为了将钻削用机械方式输送到输送通道10的接收端12，在挖掘盘2的臂7、7′、7″的末端上设置凸台9、9′、9″，其朝后的表面14、14′、14″做成钻屑的输送表面。表面14、14′、14″还用作破碎钻屑的敲击面。挖掘盘的摆动频率与转速本身这样地同步，使得在臂7、7′、7″之一通过时促使钻屑被机械地推入输送管10的接收端12。
为了支持输送过程，按本发明的装置包括一用来将输送空气吹入钻削头空腔O的入口，它在图中看不到。通过将空气吹入钻削头空腔，在输送管10内产生一气流，该气流用箭头P表示。
权利要求
1.用来在土地内掘进孔的装置，包括一旋转驱动的主轴(12)，该主轴有一轴颈(11)，其轴线(B)与主轴(12)的轴线(A)形成一锐角(W)；还包括一钻削头(1)，它绕轴颈(11)的轴线(B)可旋转地支承并具有一圆周区(18)，所述圆周区在一对应圆周区(19)上滚动，其特征为对应圆周区(19)可以进行旋转。
2.按权利要求1的装置，其特征为圆周区(18)具有一外齿，对应圆周区(19)具有一内齿。
3.按权利要求1或2的装置，其特征为对应圆周区(19)由一与主轴(12)的轴线(A)同心设置的内齿轮(21)构成。
4.按权利要求1至3之任一项的装置，其特征为对应圆周区(19)可借助于一与主轴(12)接合的行星齿轮装置(28)产生旋转。
5.按权利要求1至3之任一项的装置，其特征为对应圆周区(19)可借助于一单独的驱动装置独立于主轴(12)产生旋转。
6.按权利要求5的装置，其特征为单独的驱动装置是可控制的或可调节的。
7.按权利要求1至6之任一项的装置，其特征为设有这样的装置，借其可根据主轴旋转驱动装置的功率使进给装置旋转。
8.按权利要求7的装置，其特征为单独的驱动装置是可控制的或可调节的。
9.按权利要求1至8之任一项的装置，其特征为设有这样的装置，借其可根据主轴旋转驱动装置的功率使进给装置旋转。
10.按权利要求9的装置，其中进给和主轴的旋转驱动借助于一液压机构进行，其特征为设有这样的装置，它们控制或调节用来促成进给和主轴旋转驱动的液压压力。
11.特别是按权利要求1至10之任一项的、用来在土地内掘进孔的装置，包括一旋转驱动的主轴(12)，该主轴有一轴颈(11)，其轴线(B)与主轴(12)的轴线(A)形成一锐角(W)；还包括一钻削头(1)，它绕轴颈(11)的轴线(B)可旋转地支承并具有一圆周区(18)，所述圆周区在一对应圆周区(19)上滚动，其特征为钻削头(1)做成多件式的，使得钻削头受到磨损的部分可以与钻削头的使钻削头支承在轴颈(11)上的部分分开。
12.按权利要求11的装置，其特征为钻削头(1)包括一中央支承部分(3)和一可拆卸地固定在它上面的刀具部分(30)。
13.按权利要求12的装置，其特征为刀具部分(30)借助于均布在一分度圆上的螺钉固定于支承部分(3)上。
14.特别是按权利要求1至13之任一项的用来在土地内掘进孔的装置，包括一旋转驱动的主轴(12)，该主轴有一轴颈(11)，其轴线(B)与主轴(12)的轴线(A)形成一锐角(W)；还包括一在一个钻削头空腔(O)内工作的钻削头(1)，它绕轴颈(11)的轴线(B)可旋转地支承在一支承装置(40)内并具有一圆周区(18)，所述圆周区在一对应圆周区(19)上滚动，其特征为设有一密封装置(50)，它使支承装置(40)至少基本上相对于钻削头空腔(O)密封。
15.按权利要求14的装置，其特征为密封装置(50)包括一弹性波纹管(51)。
16.按权利要求14或15的装置，其特征为密封装置包括一滑环密封件。
17.特别是按权利要求1至16之任一项的用来在土地内掘进孔的装置，包括一旋转驱动的、在一个钻削头空腔(O)内工作的钻削头(1)，它除了旋转运动外还进行摆动运动；还包括一以其接收端(12)通入钻削头空腔(O)的输送管(10)，用以将切下的钻屑排出钻削头空腔(O)，其特征为钻削头(1)和输送管(10)的接收端(12)设计成这样，即，通过钻削头(1)的摆动运动将位于接收端(12)前面的钻屑机械地送入输送管(10)。
18.按权利要求17的装置，其特征为钻削头(1)在其背向工作面前壁的一侧具有至少一个凸台(9、9′、9″)，凸台通过摆动运动至少几乎进入到输送管(10)的接收端(12)中。
19.按权利要求17或18的装置，其特征为在邻接输送管(10)接收端(12)的区域内，设有用来粉碎至少大的钻屑块的装置。
20.按权利要求19的装置，其特征为粉碎装置包括在输送管(10横截面内横向延伸的破碎筋(13)。
21.按权利要求17至20之任一项的装置，其特征为接收端(12)横截面是部分环形的。
22.按权利要求17至21之任一项的装置，其特征为设有用来将输送空气吹入钻削头空腔(O)的装置。
全文摘要
用来在土地内掘进孔的装置，包括一旋转驱动的主轴(12)，该主轴具有一轴颈(11)，其轴线(B)与主轴(12)的轴线(A)形成一锐角(W)；还包括一钻削头(1)，它可绕轴颈(11)的轴线(B)旋转地支承并具有一圆周区(18)，所述圆周区在一对应圆周区(19)上滚动。按照本发明对应圆周区(19)可以产生旋转。
文档编号E21D9/11GK1688785SQ03817883
公开日2005年10月26日 申请日期2003年7月18日 优先权日2002年7月26日
发明者米夏埃尔·莫尔曼 申请人:维尔特机器和钻孔工具制造厂有限公司