DE2107112A1

DE2107112A1 - Impulsformendes Element fur Schlag werkzeuge

Info

Publication number: DE2107112A1
Application number: DE19712107112
Authority: DE
Inventors: Merton W Arvada Palauro Dieter K Denver Col Coyne (V St A ) P
Original assignee: Gardner Denver Inc
Current assignee: Gardner Denver Inc
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-02-15
Publication date: 1972-02-10
Also published as: SE387404B; AT314447B; GB1308485A; BE763808A; FR2090095A1; FR2090095B1; CA939661A; NL7102291A; ZA707912B; US3640351A

Description

Dr. A. Menfzs! 9. Febr. 1971

pUns. W. Dahlka Hg./R.

Patentanwalts
Refratk bsi Köln

Frankenforst 137

GARDNER-DENVER COMPANY Quincy, Illinois 62301 (USA)

"Impulsformendes Element für Schlagwerkzeuge"

Es ist bekannt, daß im Grunde genommen alle zu durchdringenden Erd- bzw. Gesteinsschichten durch örtliches Einbrechen oder Abbröckeln in das Bohrloch eine Kraftablenkungscharakteristik oder Steifheit zeigen. Es wurde festgestellt (XJS-Patentschrift Hr. 3 382 932), daß durch Anordnen eines sogenannten Federelementes in eine Gesteinsschlagbohrmaschine auf die Erdschichten ein Kraftimpuls übertragen werden kann, der in einer

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•wünschenswerteren Energieübertragung auf die Schichten und infolgedes-sen in größeren Durchdringungsraten resultiert. Dieses Federelement hat vorzugsweise eine Steifheitscharakteristik, die der effektiven Steifheit der zu durchdringenden Schicht gleicht und die einen Kraftimpuls entwickelt, der eine Form hat, wenn er grafisch als Funktion der Zeit dargestellt wird, die darüber hinaus ein geringeres Beanspruchungsniveau für das Bohrgestänge und die Kupplungsteile erbringt.

Gemäß dieser Erkenntnis ergeben die erforderlichen Dimensionen eines solchen Elementes zum Formen des Kraftimpulses für die meisten Gesteinsschlagbohrmaschinen ein Element in Form eines schwachen ^Jtabes, auf den der Bohrerhammer auftritt. Die bekannte, den Impuls formende Feder ist völlig im Bohrergehäuse angeordnet und verlängert damit die Bohrerkonstruktion. Eine solche Verlängerung ist jedoch unerwünscht, da sie den Bohrer wesentlich schwerer, unhandlicher und sperriger macht. Ferner macht dies für Gesteinsbohrer, die fahrbar an einem langgestreckten Zuführungsträger angeordnet sind, einen längeren und schwereren Träger erforderlich. Wird hingegen der Bohrerträger nicht verlängert, ist die effektive Zuführungslänge des Trägers verringert und es müssen für Tiefbohrungen kürzere Bohrer-Verlängerungsstücke verwendet werden. Dies macht wiede-

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rum ein häufigeres Ansetzen bzw. Abnehmen der Verlängerungs-r stücke erforderlich und benötigt damit mehr Zeitaufwand zum Bohren eines Bohrloches.

Da- das den Impuls formende Element selbst hoch benasprucht wird und damit zu Ausfällen neigt, kann, bei einem vollständig im Gehäuse liegenden Element ein plötzliches, unerwartetes Ausfallen ein Zerstören des Bohrers hervorrufen, was wiederum einen beträchtlichen Zeitaufwand erforderlich macht, da der Bohrer selbst vollkommen ausgebaut werden muß.

Die Erfindung bezweckt ein den Kraftimpuls formendes Element für ein Schlagwerkzeug, insbesondere eine durch öin Druckmedium angetriebene Gesteinsbohrmaschine od.dgl. zu schaffen, das einen separaten Stab oder einen entsprechenden Bereich in einem einstückigen Bohrstab umfaßt. Erfindungsgemäß ist { ein den Kraftimpuls formendes Element forgesehen, das auswechselbar in ein Ende eines Gesteinsschlagbohrers in schlagaufnehmendem Verhältnis zu einem sich hin und her bewegenden Hammerteil eingesetzt ist. Dieser einen Kraftimpuls formender Stab kann an dem abgewandten Ende mit Einrichtungen versehen sein, die zur lösbaren Kupplung dieses Elementes mit einer kraftübertragenden Einrichtung dienen, die ein aus mehreren,

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mit den Enden aneinander gekuppelten Teilen bestehendes Bohrgestänge und einen eine Erdschicht durchdringenden Bohrkopf unlaßt. Das einen Kraftimpuls formende Element gemäß der Erfindung kann jedoch auch ein einstückig mit einem Bohrstab ausgebildeten Bereich umfassen, wenn dieser Bohrer zum Bohren von Löchern benutzt wird, bei dem keine Verlängerungsstücke erforderlich sind.

Entgegen den Erkenntnissen, zu denen man bei der Verwendung der bekannten einen Kraftimpuls formenden Elemente gelangt ist, sieht die Erfindung ein Element vor, das als eine ein Drehmoment übertragende Kupplung zum Rotieren eines Schlagbohrgestänges benutzt werden kann.

Durch die Erfindung wird somit das bekannte einen Kraftimpuls formende Element derart verbessert, daß es in Verbindung mit üblichen Gesteinsschlagbohrmaschinen benutzt werden kann, ohne die Konstruktion dieser Maschine selbst verändern zu müssen, wobei wesentlich größere Durchdringungsraten und eine höhere Lebensdauer des Bohrgestänges erreicht werden. Durch Einfügen eines solchen als ein Stab oder als ein einstückiger Bereich des Bohrers ausgebildetes Element, ist es nicht erforderlich, Bohrergehäuse zu verlängern, wie dies bei dem be-

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kannteil Element der F^¹Il war. Somit wird auch das Gewicht nicht erhöht und die Sperrigkeit der Konstruktion des Bohrers vergrößert. Darüber hinaus wird durch das Einfügen des einen Kraftimpuls formenden Stabes in das Bohrgestänge dessen Länge vergrößert, so daß Bohrlöcher in einem einzigen Durchgang sowohl mit fahrbaren Bohrern als auch mit leichteren Handwerkzeugen gebohrt werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Elementes besteht darin, daß bei einem Ausfallen des Elementes der erfindungsgemäße Stab schnell ausgewechselt werden kann. Auch kann bei einem unvorhergesehenen plötzlichen Ausfallen kein Zerstören des Bohrers selbst eintreten, wie dies bei dem bekannten Element der Fall war.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Anmeldungsgegenstandes dargestellt. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine zum Teil im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines mit Druckmedium betriebenen Gesteinsschlagbohrers mit einem erfindungsge— mäßen einen Kraftimpuls formenden Element;

Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2;

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Fig;. 3 eine Seitenansicht eines fahrbaren Gesteinsbohrers in kleinerem Maßstab und.

Pig. k eine Seitenansicht eines einstückigen Bohrgestänges mit einem Bohrkopf.

Erfindungsgemäß besteht ein den Kraftimpuls formendes Element oder eine sogenannte Feder für eine mit Druckmedium betriebene Gesteinsschlagbohrmaschine aus einem separaten Stab. Die wesentlichen Merkmale für die Bestimmung der Steifheitscharakteristik und die Demensionierung des Stabes können aus der US-Patentschrift Wr. 3 382 932 entnommen werden. Obwohl ein solches erfindungsgemäßes Stabelement in jeder üblichen mit Druckmedium betriebenen Gesteinsbohrmaschine verwendet werden kann, wird die Erfindung anhand eines Schlagwerkzeuges näher beschrieben, bei dem sich wiederholende Schläge auf eine kraftübertragende Einrichtung ausgeübt werden.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Gesteinsschlagbohrer als Ganzes mit 10 bezeichnet. Der Gesteinsbohrer ist bekannt und

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umfaßt ein Gehäuse 12 mit einer zylindrischen Bohrung 14 darin. Ein in dieser Bohrung 14 angeordneter Hammerteil 16 ist in Abhängigkeit von einem abwechselnd in die Kammern 18

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bzw. 20 in der Bohrung 14 geleiteten Druckmedium, beispielsweise Druckluft schnell hin und her bewegbar. Ein das Druckmedium steuerndes "Ventil 22 bildet ein Ende der Bohrung 14 und kann von einer nicht dargestellten Leitung Druckmedium empfangen und wechselweise der Kammer 18 oder der Kammer 20 in bekannter Weise zuführen. Der Bohrer 10 umfaßt ferner eine

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Antriebseinrichtung 24, die in Antriebsverbindung mit einem

drehbaren Futter 26 durch eine Antriebswelle 28 und ein Zahn-

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rad 30 steht, wobei das letztere in Zähne 32 am Futter 26

eingreift. Dieses Futter 26 ist drehbar im vorderen Teil 42 des Bohrergehäuses 12 "angeordnet. Das Futter 26 umfaßt eine dichte Paßhülse 34, die ein Teil 36 durch komplementäre Federn 4o"und Hüten 38 im Bereich 39 des Teiles 3J nicht drehbar tragt (Fig. 2). Das Teil 36 kann durch die Öffnung 43

in das Futter 26 auswechselbar eingefügt werden und ist in

diesem Futter durch, einen Halter 44 festgelegt.

Das Teil 36 ist bei Gesteinsschlagbohrern als Schaft bekannt. Der Schaft 36 stellt in erster Linie den EndbereicheH einer kraftübertragenden Einrichtung dar, die im allgemeinen ein oder mehrere lange stangenartige Element umfaßt, die durch Gewinde mit ihren Enden aneinander gekuppelt sind, um ein :

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Bohrgestänge zu bilden. Ferner umfaßt dex Schaft 36 eine End-

fläche 46, die Schläge vom Hammerteil 16 aufnehmen kann. Ferner kann der Schaft 36 als ein drehmomentübertragendes Element angesehen werden, das eine Drehbewegung auf das Bohrgestänge überträgt, um einen Gesteinsbohrkopf in Umlauf zu versetzen, der am entgegengesetzten Ende des Bohrgestänges angeordnet ist.

Um die Handhabung des Bohrers 10 zu vereinfachen und praktisch durch den Zusatz die Länge des Bohrgestänges zu vergrößern, ist der Schaft J6 so gestaltet, daß er über das vordere Ende 42 des Bohrergehäuses nicht mehr hinausragt, als zur Bildung des Kupplungsgewindes 48 erforderlich ist. Der Schaft "}6 umfaßt einen langgestreckten Bereich 50» der vorzugsweise zwischen der Schulter 52 neben dem Gewinde 48 und einem Kragen 54 liegt. Dieser Kragen umfaßt einen Bereich, der mit der Einrichtung 44^" zusammenwirkt, um ein ungewolltes Lösen des Schaftes aus dem Futter 26 zu verhindern. Die Abmessungen des langgestreckten Bereiches können, wie in der US-Patentschrift Nr. 3 382 932 beschrieben, bezüglich der Federsteifheit und des Querschnittes bestimmt werden. Der Schaft 36 umfaßt ferner einen Spül-

y mediumskanal 36, der einen Bereich 58 aufweist, in den sich das Spülmediumsrohr 60 hinein erstreckt. Da der Schaft 36 in der Tat als Druckfeder wirken muß, ist er vorzugsweise aus

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einem hochbelastbar elastischen Werkstoff, wie einem legierten Stahl oder einer Titanlegierung hergestellt.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein typischer fahrbarer Gesteinsbohrer dargestellt, der als Ganzes mit 62 bezeichnet ist. Diese fahrbare Einheit 62 umfaßt ein Raupenfahrgestell 6k und ein einstellbares Glied 66 an das ein langgestreckter Bohrträger

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68 angebracht ist. Der Bohrer 10 ist verschiebbar auf dem Träger 68 angeordnet und auf diesem durch geeignete in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen hin und her bewegbar. Der Bohrer 10 dieser Einheit ist mit einem Bohrgestänge 70 versehen, das lange Bohrstangen 72 umfaßt, die lösbar miteinander und mit dem Schaft 36 durch Innen- und Außengewinde gekuppelt sind, wobei die Außengewinde k-8 mit Innengewinde 7^ am Stab 72 verbunden sind, wie Fig. 1 zeigt. Das untere Ende des Bohrgestänges 70 trägt einen Bohrkopf 76, der eine Erd-

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schicht 78 durchdringt, um ein Bohrloch 80 in Abhängigkeit von der Übertragung des Kraftimpulses vom Bohrer über das Bohrgestänge 70 zu bilden. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, umfaßt das untere Endes des Bohrträgers 68 eine im allgemeinen "Zentrierer" genannte Führung 82 für das Bohrgestänge. Diese Führung 82 lagert drehbar den Stab 72.

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In Fig. k der Zeichnung ist ein aus einem Stück bestehendes Schaft-Bohrstabelement dargestellt, das als Ganzes mit 86 bezeichnet ist. Dieses Element 86 ist im allgemeinen als "single pass rod" bekannt und wird dann verwendet, wenn genügend Bohrtiefe bei einem einzigen Hub des Bohrers IO auf dem Träger 68 erreicht wird. Solche einstückigen Stäbe werden ferner häufig in leichten tragbaren G-esteinsbohrern verwendet, die im unterirdischen Bergbau benutzt werden. Dieses Element 86 umfaßt einen das Kraftpulsieren formenden Übertragungsbereich 88, der nach den Lehren des vorgenannten amerikanischen Patentes gestaltet ist, um eine Kraftablenkungscharakteristik zu schaffen, die gleich derjenigen der zu durchdringenden Formation ist. Das Element 86 umfaßt ferner einen Bereich 90, der iiuten 92 und einen Kragen 9^· besitzt, durch den das Element 86 in ein Futter 26 des Bohrers 10 in der gleichen Weise wie der Schaft 36 eingesetzt werden kann. Das Element 86 weist ebenfalls eine Endfläche 96 auf, gegen die der Hammerteil 16 -^: wirkt, und auch ein Spulmedxumskanal 98, der zu Öffnungen 100 in der Nähe des Bohrkopfes 102 führt. Wie Fig. k zeigt, ist der Bohrkopf 102 einstückig mit dem Element 86 ausgebildet, bis auf den austauschbaren Einsatz 1θ4. Das dem Bohrkopf abgewandte mit dem Hammerteil zusammenwirkende Ende des Elementes "86 kann jedoch ebenfalls mit einem abgeschrägten oder gewinde-

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tragenden Bereich versehen sein, um lösbar einen Teil in an sich bekannter Weise damit zu verbinden. Das Element 86 kann ebenfalls aus einem Werkstoff, wie einer Stahllegierung hergestellt sein. Dabei kann das Element ursprünglich aus separaten Segmenten 90 und 106 bestehen, wobei das letztere die Bohrstange und den einen Kraftimpuls formenden Bereich 88 umfaßt. Die Segmente 90 und 106 können separat geformt und danach durch sogenanntes Friktionsschweißen der sich berührenden Flächen 108 verbunden sein.

Ein besonderer Vorteil das einen Kraftimpuls formende Element in den Schaft 36 oder das einstückige Schaft-Bohrstabelement 86 einzufügen ist klar aus der Zeichnung zu ersehen, nämlich eine effektive Verlängerung des Bohrgestänges, die hauptsächlich außerhalb des Bohrers 10 liegt. Jeder Hub des Bohrers f 10 abwärts auf seinem Träger 68 ist durch das Anschlagen des vorderen Teiles des Bohrergehäuses k2 an der Führung 82 begrenzt. Würde das einen Kraftimpuls formende Element völlig im Bohrgehäuse angeordnet sein, wäre die effektive Länge jedes Hubes auf dem Träger kürzer, als sie mit dem erfindungsgemäßen Element ist, durch das die Länge des Bohrers selbst vergrößert ist. Aus der Zeichnung ist ferner zu ersehen, daß

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dann, wenn ein hochbelastetes das einen Kraftimpuls formende Element beschädigt wird, dieses oder das Element 86 leiciit ersetzt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Einen Kraftimpuls formendes Element in einem Schlagwerkzeug durch das Schläge, insbesondere auf Erd- bzw. Gesteinsschichten ausgeübt werden können und das einen hin und her bewegbaren Hammerteil sowie ein aus einem Kraftübertragungselement bzw. aus mehreren dieser Elemente mit einem die Erdschichten durchdringenden Bohrkopf bestehendefi Rohrgestänge umfaßt und durch das die Schläge vom Hammerteil auf die Erdschichten übertragen werden, dadurch gekennzeichnet , daß das einen Kraftimpuls formende Element (36, 86) in das Bohrgestänge (?0) zwischen den Hammerteil (16) und die Erdschichten geschaltet ist, einen Schaftteil für die Kraftübertragungselemente (72) umfaßt und eine Steifheit besitzt, die gleich der effektiven Steifheit der Erdformation ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftteil (36, 86) an einem Ende eine Endfläche (46 bzw. 96) aufweist, auf die der Hammerteil (16) einwirkt.

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3· Element nach Anspruch 1 und 2 für ein Schlagwerkzeug mit einem Gehäuse und einem drehbar in diesem angeordneten Futter, dadurch gek.ennzeichn et, daß der Schaftteil (36) dem Futter (26) entsprechend gestaltet ist.

4. Element nach Anspruch"1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Schaftteil (36) eine ein Drehmoment übertragende Kupplung zwischen dem Schlagwerkzeug und dem Gestänge aus Kraftübertragungsgliedern (72) umfaßt.

5· Element nach Anspruch 1 bis 4 für ein Schlagwerkzeug mit einer Einrichtung zum Halten eines Schaftes im Futter, dadurch gekennze i ohne t , daß der Schaftteil (36) einen mit der besagten Halteeinrichtung (44) zusammenwirkenden Kragen (54) umfaßt.

6. Element nach Anspruch 1 bis 5» dadurch ge — kennzeichnet , daß der Schaftteil (36) an dem der Endfläche (46), auf die der Hammerteil (16) einwirkt, abgewandten Ende, ein das Ankuppeln der Kraf tuber tr agtuigaelemente (72) ermöglichendes Gewinde (48) aufweist.

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7. Element nach Anspruch 1 bis 6, dadurch- gekennzeichnet , daß der Schartteil (36) einen zwischen dem Kragen (5^0 und dem Gewinde (48) liegenden Bereich (50) aufweist, der eine der effektiven Steifheit der Erdschicht entsprechende Steifheit hat.

8. Element nach Anspruch 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich (50) des Schaftteiles (36) bei einem in das Schlagwerkzeug eingesetzten Schaftteil hauptsächlich außerhalb des Werkzeuggehäuses (12) liegt.

9. Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß es einen Schaftteil (86) und ein langgestrecktes, eine Bohrstange bildendes Glied (iOö) umfaßt und daß der Schaftteil (86) einen Bereich (88) aufweist, der zwischen die Bohrstange und das in das Futter (26) eingreifende Ende geschaltet ist und eine der effektiven Steifheit der Erdschicht entsprechende Steifheit hat.

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