用于土地钻孔设备的钻孔驱动装置的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于土地钻孔设备的钻孔驱动装置，其带有芯轴组件，该芯轴组件具有内芯轴单元和外芯轴单元，该外芯轴单元以可轴向移位的方式支承在内芯轴单元上并且在两个弹簧器件之间浮动。


背景技术：

2.这样的钻孔驱动装置尤其从用于土地和岩石钻孔的钻孔设备中已知，在所述钻孔设备中应用潜孔锤(down-the-hole hammer)钻孔单元作为钻孔工具。在潜孔锤钻孔单元中设置有一个或多个轴向驱动的冲击元件，其在潜孔锤钻孔单元的旋转驱动期间附加地执行冲击运动。这样的潜孔锤钻孔单元尤其可被用于在坚硬的岩石中制造钻孔。例如，可由ep3336301a1得知一种潜孔锤单元。
3.已知的是，在潜孔锤钻孔单元中执行的附加冲击运动导致将附加负载施加在转动钻孔驱动器上。为了减少该负载，此外已知的是，钻孔驱动器的驱动芯轴以弹簧受载的方式在轴向方向上支承，以防止轴向锤击直接影响钻孔驱动器的轴承。
4.然而，由于这样类型的支承，影响了驱动芯轴的进一步运行。尤其地，即使当应用潜孔锤钻孔单元时，在钻孔运行中也需要施加一定的轴向挤压力。此外，还必须设置有一定的轴向间隙，以在由多个钻条构成的带有螺纹连接部的钻杆的情况下允许轴向旋拧。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种钻孔驱动装置，其在使用轴向冲击的钻孔工具时一方面实现有效的钻孔运行，而另一方面实现钻孔驱动器的良好保护。
6.根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的钻孔驱动装置来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中说明。
7.根据本发明的钻孔驱动装置特征在于，布置在钻孔工具侧上的第一前弹簧器件包括至少一个压缩螺旋弹簧和第一碟形弹簧组件的组合，并且背对钻孔工具侧的第二后弹簧器件具有第二碟形弹簧组件。
8.本发明的基本构思在于，在外芯轴单元与内芯轴单元之间设置有在两个弹簧预紧装置之间的浮动支承。尤其地，面向带有钻孔工具的侧面的第一前弹簧器件和背对钻孔工具侧的第二后弹簧器件各具有碟形弹簧组件。由于这两个碟形弹簧组件，来自钻孔工具、尤其潜孔锤单元的冲击运动可被特别好地吸收和缓冲。因此，可根据组件的类型将钻孔工具连接至内芯轴单元或外芯轴单元。优选地，转矩经由外芯轴单元来引入，使得由于缺少支承，内芯轴单元的撞击不能传递或仅能够以被强烈缓冲的方式传递至外芯轴单元。反过来，也可首先进行钻孔驱动器至内芯轴单元的转矩传递，而钻孔工具直接地或经由钻杆连接至外芯轴单元。
9.根据本发明的另一方面，除了第一碟形弹簧组件之外，在第一前弹簧器件上布置有至少一个压缩螺旋弹簧。因此，优选地相对较软的压缩螺旋弹簧尤其实现两个芯轴单元
之间的容易的相对移位，这在例如在带有螺纹连接部的钻杆元件上旋拧时是有利的。总之，如此可实现有效的钻孔运行，同时良好地缓冲从钻孔工具至钻孔驱动器的打击。
10.本发明的一优选的实施例在于，第一弹簧器件的压缩螺旋弹簧一方面保持在内芯轴单元外侧上的径向向外指向的第一凸缘上，而另一方面保持在轴承环上，该轴承环以可轴向移位的方式支承在外芯轴单元上并且通过碟形弹簧组件弹簧受载。由于压缩螺旋弹簧支承在芯轴组件的外侧上，确保了部件的良好的可移动性以及简单维护。
11.在外侧上的凸缘可与内芯轴单元集成地来设计，或者该凸缘可被固定在其上。
12.根据本发明的钻孔驱动装置的另一适宜的实施例由此得出，即第二后弹簧器件的第二碟形弹簧组件一方面保持在内芯轴单元的径向向外指向的第二凸缘上，而另一方面保持在外芯轴单元上。因此，径向向外指向的凸缘中的至少一个以可松开的方式安装。总之，如此可良好地安装弹簧组件。
13.根据本发明的一改进方案设置成，布置有转矩传递器件、尤其轴向花键轴齿部。转矩传递器件设计成将转矩从钻孔驱动器的驱动轮传递至芯轴组件。因此，转矩传递器件可设计在内芯轴单元或外芯轴单元上。优选地，转矩传递器件布置在前弹簧器件与后弹簧器件之间。以该方式，抵抗在钻孔运行期间由轴向打击引起的钻孔驱动器的过度负载。
14.基本上，碟形弹簧组件可任意设计。根据本发明的一改进方案，需要特别少的维护的一实施例由此得出，即第一碟形弹簧组件和/或第二碟形弹簧组件容纳在容纳凹部中。因此，容纳凹部尤其可设计在凸缘中的一个上。容纳凹部尤其是环形的容纳槽。
15.按照根据本发明的钻孔驱动装置的另一实施变体，有利的是，在内芯轴单元的前侧上设置有用于安装钻杆元件的连接器件。因此，在连接器件中尤其可设置有螺纹，钻杆元件的匹配的螺纹区域旋拧到该螺纹上。
16.为了有效的钻孔运行，特别有利的是，压缩螺旋弹簧具有比第一碟形弹簧组件的弹簧常数更小的弹簧常数和比第一碟形弹簧组件的弹簧挠度更大的弹簧挠度。以该方式，压缩螺旋弹簧尤其可确保必要的轴向间隙，其对于安装钻杆元件来说是期望的。
17.与此相结合，特别有利的是，压缩螺旋弹簧的弹簧挠度等于或大于待安装的带有连接螺纹的钻杆元件的螺纹长度。
18.为了确保两个芯轴单元之间限定的轴向移动，根据本发明的一改进方案适宜的是，在内芯轴单元上形成有环形的引导切口，外芯轴单元的套筒形的引导突出部接合到该引导切口中以便配合。这确保了在两个芯轴单元之间的引导移动。
19.本发明此外包括一种钻孔设备、尤其带有至少一个钻孔驱动器的土地钻孔设备，其中，通过钻孔驱动器来驱动根据本发明的钻孔驱动装置的外芯轴单元。因此，钻孔设备尤其可以是用于在地面中制造基桩的桩钻孔设备。为此，可使用任何类型的钻孔工具，如钻孔螺旋钻、连续旋翼式螺旋钻(continuous flight auger)、钻斗等。
20.根据一改进方案，优选的是，作为钻孔工具，潜孔锤单元被安装在钻杆上，该钻杆可借助于钻孔驱动装置以旋转的方式来驱动。这样的潜孔锤单元由现有技术普遍已知。该潜孔锤单元具有基体，该基体通常是柱形的并且在该基体面向地面的下侧处以轴向可逆的方式驱动一个或多个锤元件。锤元件的轴向驱动尤其可通过供应压力流体、尤其压缩空气实现。为了供应压力流体以及钻孔液和/或为了排出带有钻屑的钻孔液，芯轴组件、尤其内芯轴单元可管状地设计有内部空腔，对应的线路可引导通过该内部空腔。
附图说明
21.接下来根据在附图中示意性示出的一优选的实施例进一步描述本发明，其中：图1示出了根据本发明的钻孔驱动装置的示意性横截面视图；图2示出了根据图1的钻孔驱动装置的左侧区域的放大图；以及图3示出了根据图1的钻孔驱动装置的右侧区域的放大横截面视图。
具体实施方式
22.在图1至图3中示出的根据本发明的钻孔驱动装置10大致由内芯轴单元20(其具有带有内管道23的管状基体22)和管状的外芯轴单元40(其与内芯轴单元20同轴并围绕该内芯轴单元)构成。经由近似中央的转矩传递器件70，转矩以普遍已知的方式经由一个或多个(优选地液压驱动的)钻孔驱动器5传递至外芯轴单元40和/或内芯轴单元20。内芯轴单元20向后延伸穿过环形的转矩传递器件70，并且在其背对钻孔工具的后端部处具有转动供给部(feedthrough)12，以将至少一个流体从未示出的钻孔设备传递至管状的内芯轴单元20的内管道23。
23.转动供给部12大致具有两个主要部件，即转子14(其以抗扭的方式连接至内芯轴单元20)和背对该转子向后的定子16(其经由转矩支承件18保持在转矩传递器件70的壳体上)。转子14相对于静止的定子16旋转，例如用于传递清洗或钻孔悬浮液的流体线路可附连在该定子上。外芯轴单元40与内芯轴单元20一起旋转，该内芯轴单元相对于外芯轴单元40以可轴向移位的方式支承。
24.在内芯轴单元20的指向钻孔的前侧上，布置有径向向外指向的第一凸缘24，钻孔工具可借助于连接器件25以直接或间接的方式经由安装的钻杆元件可松开地固定在该第一凸缘上。钻孔工具尤其可以是潜孔锤钻孔单元，该潜孔锤钻孔单元具有一个或多个轴向驱动的冲击元件。
25.为了缓冲潜孔锤钻孔单元到转矩传递器件70上的冲击脉冲，钻孔驱动装置10设置有第一弹簧器件50和第二弹簧器件60，它们将接下来参照图2和图3更详细地来阐述。
26.第一弹簧器件50具有两个弹簧部件，即压缩螺旋弹簧52和第一碟形弹簧组件54。与钻孔轴线同轴的压缩螺旋弹簧52因此向前方保持在内芯轴单元20的管状基体22上的第一凸缘24上，而另一方面保持在轴承环30上。
27.轴承环30可具有第一环31和第二环32。在此，第一环31可移位地支承在内芯轴单元20的外侧上，并且借助于同轴的第一碟形弹簧组件54以弹簧受载的方式相对于外芯轴单元40来保持，其中，第一预紧力f
tf
通过第一碟形弹簧组件54被施加到第一环31上并且因此施加到轴承环30上。经由径向伸出的止挡部，第一环31连接至第二环32，压缩螺旋弹簧52的另一端部保持在该第二环的阶梯式的台阶上，其中，经由压缩螺旋弹簧52，预紧力f
df
被施加到第一凸缘24上并且因此施加到内芯轴单元20上。
28.压缩螺旋弹簧52实现行程h1，该行程显著大于第一碟形弹簧组件54的行程h2。在此，压缩螺旋弹簧52优选地设置有比第一碟形弹簧组件54更小的弹簧常数。行程h1尤其可设计成在旋拧在附加的钻杆元件上时补偿必要的螺纹距离或旋拧距离。第一碟形弹簧组件54的行程h2优选地用于缓冲可通过钻孔工具施加的轴向打击。
29.根据图3，同轴的第二弹簧器件60仅具有第二碟形弹簧组件64，其一方面保持在外
芯轴单元40的台肩上，而另一方面保持在第二凸缘28上，该第二凸缘可松开地固定(更具体地旋拧)到内芯轴单元20的管状基体22的外侧上。借助于在外芯轴单元40上的盖环42形成有第二容纳凹部66，第二碟形弹簧组件60的碟形弹簧以受保护的方式布置在该第二容纳凹部中。经由第二碟形弹簧组件60，预紧力f
tfz
可从外芯轴单元40被传递至内芯轴单元20，该第二碟形弹簧组件也可用于缓冲潜孔锤钻孔单元的轴向力。当内芯轴单元20轴向向右移位时，盖环42使碟形弹簧60保持处于预紧。
30.为了确保引导，在管状基体22的外侧上可布置有环形的引导切口34，外芯轴单元40的对应的引导突出部44接合到该引导切口中。