DE1033156B

DE1033156B - Extraction or drilling equipment for mining

Info

Publication number: DE1033156B
Application number: DEB35562A
Authority: DE
Inventors: Karl Bayer
Original assignee: HWF Hartmetallwerkzeug Fabrik Wallram GmbH and Co Kg
Current assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG
Priority date: 1955-04-29
Filing date: 1955-04-29
Publication date: 1958-07-03

Description

Es sind Abbau- oder Bohrgeräte bekannt, bei denen durch einen Erregerantrieb unter Zwischenschaltung von elastischen Mitteln, wie z. B. Federn, die Meißelbzw. Bohrstange in axiale, schwingende Bewegungen versetzt wird. Die Anordnung der elastischen Mittel 5 ist so getroffen, daß es sich entweder um einen mittelbaren oder unmittelbaren Federkraftantrieb handelt. In einem Falle — deutsche Patentanmeldung B 25421 VI/Sb (Patent 968 031) — ist die Masse der Meißelbzw. Bohrstange durch Federn an einem Gehäuse abgestützt und bildet somit ein schwingungsfähiges System für sich. Durch einen Erregerantrieb wird dieses schwingungsfähige System unter Zwischenschaltung von Federn mittelbar in Schwingungen versetzt. Es handelt sich- somit um einen mittelbaren Federkraftantrieb. Im anderen Falle (deutsche Patentschrift 165 935) ist die Masse der Meißel- bzw. Bohrstange durch zwischengeschaltete Federn unmittelbar mit dem Erregerantrieb verbunden. In diesem Falle handelt es sieh um einen unmittelbaren oder direkten Federkraftantrieb. Die Geräte sind auch in der Ausführung bekannt, daß die Federn ganz oder teilweise durch andere elastische Mittel, wie z. B. Luftpolster oder Gummipuffer, ersetzt sind.There are mining or drilling devices known in which by an exciter drive with the interposition of elastic means, such as. B. springs, the chisel or. Boring bar in axial, oscillating movements is moved. The arrangement of the elastic means 5 is such that it is either an indirect one or direct spring force drive. In one case - German patent application B 25421 VI / Sb (patent 968 031) - is the mass of the chisel or Boring rod supported by springs on a housing and thus forms an oscillatory system in itself. By an exciter drive is this oscillatory system is indirectly set in oscillation with the interposition of springs. It is thus an indirect spring force drive. In the other case (German patent specification 165 935) is the mass of the chisel or drill rod directly through interposed springs connected to the exciter drive. In this case it is an immediate or direct one Spring force drive. The devices are also known in the design that the springs in whole or in part by other elastic means, such as. B. air cushions or rubber buffers are replaced.

In allen bisher bekannten Fällen wird als Erregerantrieb entweder ein Kurbeltrieb oder Stößel oder ein hin- und herbewegter Kolben verwendet. Es sind dieses aus Massen bestehende Elemente, die Stöße, Erschütterungen und starke Geräusche in den bekannten Geräten verursachen. Infolge der hohen Beanspruchung dieser Elemente ist eine fortgesetzte und sorgfältige Wartung erforderlich, um die Geräte betriebsfähig zu halten.In all previously known cases, it is used as an exciter drive either a crank mechanism or tappet or a reciprocating piston is used. There are this mass-made elements, the bumps, shocks and loud noises in the familiar Cause devices. As a result of the heavy use of these elements is a continued and meticulous Maintenance required to keep the equipment operational.

Bei dem Gerät gemäß der Erfindung sind diese Nachteile beseitigt. In Abb. 1 der Zeichnung bedeutet α die Meißel- bzw. Bohrstange, die mit einer Büchse b fest verbunden, ist. Die Büchse b trägt eine Scheibe n, die mittels Federn d an dem Gehäuse f abgestützt ist. Die Teile a, b, η und d bilden ein sehwingungsfä'higes System, das sogenannte Arbeitssystem, mit einer bestimmten Eigenschwingungszahl.With the device according to the invention these disadvantages are eliminated. In Fig. 1 of the drawing, α means the chisel or drill rod, which is firmly connected to a bushing b. The sleeve b carries a disk n which is supported on the housing f by means of springs d. The parts a, b, η and d form a system capable of visual oscillation, the so-called working system, with a certain natural oscillation number.

Die Erregung dieses Schwingungs- bzw. Arbeitssystems findet mittelbar durch einen Erreger g statt. Dieser Erreger g erzeugt ein Infra- oder Ultraschallfeld. Die in dem Infra- oder Ultraschallfeld enthaltene Schwingungsenergie wird von dem Erreger g auf die Scheibe η geleitet und versetzt somit das Arbeitssystem in schnelle Schwingungen. Zwischen dem Erreger g und der Scheibe η befindet sich ein elastisches Mittel, z. B. ein Luftpolster p, als tragendes Mittel für die Übertragung der Infra- oder Ultraschallenergie vom Erreger g auf die Scheibe n. Die gesamte Anordnung ist so getroffen, daß es sich um ein Schwingungssystem mit einem mittelbaren Federkraftantrieb han- Abbau- oder Bohrgerät für den BergbauThe excitation of this vibration or work system takes place indirectly through an exciter g . This exciter g generates an infra or ultrasonic field. The oscillation energy contained in the infra or ultrasound field is conducted by the exciter g to the disk η and thus sets the working system in rapid oscillation. Between the exciter g and the disk η there is an elastic means, for. B. an air cushion p, as a supporting means for the transmission of the infra or ultrasonic energy from the exciter g to the disk n. The entire arrangement is made so that it is a vibration system with an indirect spring drive han- degradation or drilling device for the Mining

Anmelder:Applicant:

HWF Hartmetall-Werkzeug-Fabrik Karl Bayer & Co., Burghaun (Kr. Hünfeld)HWF carbide tool factory Karl Bayer & Co., Burghaun (Kr.Hünfeld)

Karl Bayer, Burghaun (Kr. Hünfeld), ist als Erfinder genannt wordenKarl Bayer, Burghaun (Kr. Hünfeld), has been named as the inventor

delt. An- Stelle der bekannten und mit erheblichen Nachteilen behafteten Erregerantriebe tritt ein Infra- oder Ultraschallerreger g als Antrieb. Der Vorgang verläuft vollkommen geräuschlos, weil Infra- und Ultraschallwellen für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar sind.delt. Instead of the known exciter drives, which are afflicted with considerable disadvantages, an infrared or ultrasonic exciter g is used as the drive. The process is completely silent, because infrared and ultrasonic waves are imperceptible to the human ear.

Die Abb. 2 der Zeichnung stellt ein Bohrgerät dar mit den gleichen nach Abb. 1 beschriebenen Merkmalen. Die Ausführung der Abb. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 1 dadurch, daß eine · sich drehende Welle w mit einem gezahnten Ende e in die Büchse b eingreift und die schnell schwingende Bohrstange α in, Drehung versetzt.Fig. 2 of the drawing shows a drilling device with the same features described in Fig. 1. The embodiment of Fig. 2 differs from that of Fig. 1 in that a rotating shaft w engages with a toothed end e in the bushing b and sets the rapidly oscillating drill rod α in rotation.

In Abb. 3 ist ein Gerät gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem die Energie des von dem Erreger g erzeugten Infra- oder Ultraschallfeldes ganz oder teilweise durch eine hohle Meißel- bzw. Bohrstange α geleitet wird. Die Bohrung in der Meißel- bzw. Bohrstange α kann dabei ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Die Ausführung nach Abb. 4 stellt eine Ummantelung 0 der Meißel- bzw. Bohrstange α dar. Diese Ummantelung 0 kann ein durchgehendes oder ein teleskopartig ausgebildetes Rohr sein. Dieses Rohr kann ebenfalls ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Es ist auch vorgesehen, daß an das Gehäuse/ nur ein kurzes Ummantelungsrohr mit einer beliebigen Länge j angesetzt ist, um die Sdhallenergie in die Richtung längs der Meißel- bzw. Bohrstange α zu leiten.In Fig. 3 a device according to the invention is shown, in which the energy of the infrared or ultrasonic field generated by the exciter g is wholly or partially passed through a hollow chisel or drill rod α . The hole in the chisel or drill rod α can be completely or partially filled with a liquid. The embodiment according to Fig. 4 represents a casing 0 of the chisel or drill rod α . This casing 0 can be a continuous pipe or a telescopic pipe. This tube can also be completely or partially filled with a liquid. It is also provided that only a short casing tube with an arbitrary length j is attached to the housing / in order to conduct the Sdhall energy in the direction along the chisel or drill rod α .

Eine Lösung der mit der Erfindung gestellten Aufgabe ist bereits versucht worden (deutsche Patentanmeldung W 3197 VI/5 b und belgische Patentschrift 505 102). Beide Lösungsversuche sind jedoch mit dem Gegenstand der Erfindung nicht vergleichbar. Der Erfindungsgegenstand stellt einen FederkraftantriebA solution to the problem posed by the invention has already been attempted (German patent application W 3197 VI / 5 b and Belgian patent specification 505 102). However, both approaches are with the Subject of the invention not comparable. The subject matter of the invention is a spring force drive

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dar. Die beiden Lösunigsversuchie haben aber mit einem ordnet, da£ sie ein schwingungsfähiges System mit Federkraftantrieb nichts gemeinsam. Vielmehr handelt einer bestimmten Eigenschwingungszahl darstellt, es sich dabei um ein magnetostriktives Schlagwerk Dieses Schwingungssystem wird durch ein elastisches und ein mechanisches Schlagwerk. Mittel, z. B. ein Luftpolster p, mittelbar angetrieben.However, the two attempts at solving the problem have nothing in common with one, since they are an oscillatory system with a spring-force drive. Rather, it is a matter of a specific natural oscillation number, it is a magnetostrictive hammer mechanism. This oscillation system is made up of an elastic and a mechanical hammer mechanism. Means, e.g. B. an air cushion p, driven indirectly.

Das magnetostriktive Schlagwerk besteht aus einem 5 Es handelt sich somit bei dem Erfindungsgegenstand ferromagnetischen Stab und einer in ein elektrisches um einen mittelbaren Federkraftantrieb. Dem ent-Wechselfeld eingeschalteten Spule. Die Lösung der gegen handelt es sich bei der Lösung nach dem ameri-Aufgabe ist so gedacht, daß man entweder einen kanisehen Beispiel um einen direkten Antrieb und ferromagnetischen Stab dem elektrischen Wechselfeld keinen Federkraftantrieb. Das Antriebsei erneut ist einer Spule aussetzt, wodurch dann dieser Stab sich io fest in die schwingende Masse der Schwerstange einzusammenzieht und ausdehnt und so Schläge auf eine gebaut. Es ist ferner deutlich in der Beschreibung des Bohrstange ausübt. Oder man bildet die Bohrstange Losungsversuah.es gesagt, daß das Material der als ferromagnetischen Stab aus. Auch ist die Mög- Schwerstange durch die auftretenden Kräfte des Anliehkeit vorgesehen, den magnetostriktiven Effekt auf triebselementes schnelle Verlängerungen und Vereinen Schwinger zu übertragen. Alle diese Möglich- 15 kürzungen erleidet. Es finden somit schnelle aufeinkeiten haben jedoch nichts mit einem Federkraft- anderfolgende Druck- und Zugbeanspruchungen im antrieb zu tun. Es sind direkte Antriebe, d. h. An- Material der Schwerstange statt, d. h. es treten triebe, die ohne Zwischenschaltung elastischer Mittel, Wedhselbeanspruchungen mit hoher Frequenz auf. sondern lediglich durch direkte Schläge ein hin- und Diesen zahlenmäßig hohen Wechselbeanspruchungen hergehende Bewegung erzeugen. Auf den erheblichen 20 ist das Material der Schwerstange nicht gewachsen, Nachteil dieser direkten Schläge wird im letzten Ab- so daß innerhalb kürzester Zeit Zerstörungen aufsatz noch eingegangen. treten. Dieser erhebliche Nachteil findet auch in derThe magnetostrictive striking mechanism consists of a 5 It is therefore the subject of the invention ferromagnetic rod and one in an electrical one around an indirect spring force drive. The ent alternating field switched on coil. The solution to the against is the solution according to the ameri task is thought to be either a direct drive and an example ferromagnetic rod to the alternating electric field no spring force drive. The drive egg is again exposed to a coil, which then pulls this rod tightly into the oscillating mass of the drill collar and expands and so built blows on one. It is also clear in the description of the Drill rod exercises. Or one forms the drill rod solution versuah.it said that the material of the as a ferromagnetic rod. The possi- ble drill collar is also created by the forces of affinity provided the magnetostrictive effect on the drive element's rapid lengthening and unifying To transmit vibrators. It suffers all of these reductions. There are thus quick unities however, have nothing to do with a spring force - other compressive and tensile loads in the drive to do. They are direct drives, i. H. Material of the drill collar instead, d. H. kick it drives that without the interposition of elastic means, stresses with high frequency. but only through direct blows an alternating stress that is numerically high to and fro generate forward motion. On the considerable 20 the drill collar material is not up to the task, The disadvantage of these direct blows is ultimately that they are destroyed within a very short time still received. step. This significant disadvantage also takes place in the

Das mechanische Schlagwerk erzeugt diese Schläge Beschreibung dadurch seinen Ausdruck, indem man durch auf zwei bzw. drei gegenläufigen Tellern ange- hofft, in nicht allzu ferner Zukunft etwas wirklich ordnete Nocken oder Abwälzrollen. Von einem Feder- 25 brauchbares zu finden.The mechanical striking mechanism produces these strikes by describing its expression by hoping for something real in the not too distant future on two or three opposing plates arranged cams or idlers. From a pen 25 useful to be found.

kraftantrieb kann in diesem Falle auch nicht gespro- Der vorstehend dargelegte Stand der Technik läßtIn this case, the power drive cannot talk

chen werden. Ganz abgesehen davon, daß sowohl das erkennen, daß es sich bei dem Erfindungsgegenstand magnetostriktive Schlagwerk als auch das media- um eine gänzlich neuartige Lösung der Aufgabe nische Schlagwerk mit einem Federkraftantrieb handelt. Die Meißel- bzw. Bohrstange α bildet durch nichts gemeinsam haben, ist zu den Lösungsversuchen 30 eine feste Verbindung mit den Teilen b, η und d ein zu sagen, daß mit einem magnetostriktiven Schlag- für sich bestehendes schwingungsfähiges System, werk nicht die Schlagkraft erzeugt werden kann, die Dieses für sich bestehende schwingungsfähige System, für ein im Bergbau brauchbares und leistungsfähiges das sogenannte Arbeitssystem, bildet eine wesentliche Abbau- oder Bohrgerät erforderlich ist. Aus diesem Voraussetzung für die einwandfreie und leistungs-Grundte wurde auch als weiterer Lösungsversuch ein 35 fähige Funktion des Abbau- bzw. Bohrgerätes. Um mechanisches Schlagwerk vorgeschlagen. Aber auch dieses zu erkennen, muß die Funktion dieses Arbeitsdieses mechanische Schlagwerk ist infolge großer Lei- systems in- ihre Einzelheiten zerlegt werden. Als erste steigungsverzehrung, durch die Reibung der Abwälz- Funktion wird von diesem Arbeitssystem die Sdhlagrollen technisch nur beschränkt anwendbar. Hinzu arbeit für die Zertrümmerung des Gesteins geleistet, kommt noch, daß die Reibungsarbeit an den Abwälz- 40 Im selben Moment, in dem diese Schlagarbeit in das rollen derartige Wärmestauungen verursacht, die eine Gestein geleitet wird, findet als zweite Funktion inbaldige Zerstörung des Schlagwerkes zur Folge haben. folge der Elastizität 'des Gesteins ein Rückprall statt. Beide Lösungsversuche besitzen lediglich einen theo- Dieser Rückprall erzeugt einen Rückstoß, der über retisch aber keinen praktisch verwendbaren Wert. die Stange α durch b und η in die Federn d geleitetwill be. Quite apart from the fact that both recognize that the subject of the invention is magnetostrictive percussion mechanism as well as the media are a completely new solution to the problem of niche percussion mechanism with a spring force drive. The chisel or drill rod forms α have together by anything, b is a fixed connection with the parts to the solution experiments 30, η and d a to say that with a magnetostrictive impact itself existing vibratory system, factory does not generate the impact force This vibratory system existing in itself, for a useful and powerful in mining the so-called work system, forms an essential mining or drilling device is required. From this prerequisite for the flawless and efficient basis, a capable function of the mining or drilling device was also made as a further attempt at a solution. Proposed to mechanical striking mechanism. But to recognize this, too, the function of this work has to be broken down into its details as a result of the large system of mechanical striking mechanisms. As the first incline consumption, due to the friction of the rolling function, the Sdhlagrolle can only be used to a limited extent technically by this working system. In addition to the work done for the breaking up of the rock, there is also the fact that the frictional work on the rolling 40 At the same moment in which this impact work in the rolling causes such heat build-up, which is directed to the rock, the second function is immediate destruction of the impact mechanism Have consequence. a rebound takes place due to the elasticity of the rock. Both attempts at a solution have only a theoretical value. the rod α passed through b and η into the springs d

Eine weitere Lösung der Aufgabe wurde vor eini- 45 wird. Würdie das sdhwingungsfä'hige Arbeitssystein gen Jahren in Amerika versucht (Zeitschrift Bohr- nicht gemäß dem Ernndungsgegenstand mittelbar in technik, Brunnenbau, Heft4, April 1955, S. 86). Man Schwingungen versetzt, d.h. wäre die gesamte Anhat dabei in der Mitte einer Schwerstange von 216 mm Ordnung nicht als mittelbarer Federkraftantrieb ausDurchmesser und 45 m Länge einen Schwingungs- gebildet, so ist zu erkennen, daß die Rückprallstöße generator, bestehend aus zwei Paar exzentrisch ge- 50 in den Antrieb geleitet und diesen bald zerstören werlagerter Gewichte, eingebaut, die mit hoher Drehzahl den. Bei dem Erfindungsgegenstand bleibt jedoch der rotieren. Die Gewichtspaare rotieren dabei in ent- Antrieb unberührt von den je nach Gesteinshärte sehr gegengesetzter Drehrichtung derart synchron, daß sie starken Rückstößen. Der Antrieb läuft somit gänzlich einen in der Achsrichtung der Schwerstange gelegenen ungestört und gibt seine Arbeitsleistung unvermindert Schub bewirken. Die schnell rotierenden Gewichte er- 55 in das schwingende Arbeitssystem, zeugen eine kräftige, hin-und hergerichtete Bewegung, Da es sich bei der gesamten Anordnung des Er-Another solution to the problem was given before some- 45. Would be the vibrating working stone Tried in America in years (Journal Bohr- not according to the subject of the mandate indirectly in technik, Brunnenbau, Issue 4, April 1955, p. 86). You set vibrations, i.e. the entire anhat would be in the middle of a drill collar of 216 mm order not as an indirect spring force drive from the diameter and 45 m in length a vibration is formed, so it can be seen that the rebound impacts generator, consisting of two pairs of eccentric 50 fed into the drive, which soon destroy the bearings Weights, built in, that run at high speed. In the subject matter of the invention, however, remains the rotate. The weight pairs rotate in the process, unaffected by the drive, depending on the hardness of the rock opposite direction of rotation so synchronous that they strong recoil. The drive thus runs completely one located in the axial direction of the drill collar undisturbed and gives its work performance undiminished Cause thrust. The rapidly rotating weights move into the oscillating work system, produce a strong, to-and-fro movement, since the entire arrangement of the

die eine Resonanzbewegung in axialer Richtung der findungsgegenstandes um ein Schwingungssystem Schwerstange verursacht. handelt, bei dem das Arbeitssystem in erzwungenewhich is a resonance movement in the axial direction of the object of the invention around a vibration system Collar caused. acts in which the work system in forced

Während das Mittelteil der Schwerstange bewe- gedämpfte Schwingungen versetzt wird, deren Abgungslos bleibt, entstehen an den Enden der Schwer- 60 Stimmung so getroffen ist, daß die Rückprallstöße stange Bewegungen mit weniger als 50 mm. Es ent- lediglich im Arbeitssystem verbleiben, so ist allein stehen somit von der Mitte der Schwerstange aus nach aus dieser Sachlage bei einem Vergleich mit dem beiden Enden hin Kraftkomponenten, die schnelle Ver- Stande der Technik zu erkennen, daß der Erfindungslängerungen und Zusammenziehunigen des Schwer- gegenstand den Stand der einschlägigen Technik Stangenmaterials verursachen. Am oberen Ende der 65 überragt. Werden dagegen, wie bei den angeführten Schwerstange sind schwere Schraubenfedern ange- Lösungsversuchen, beabsichtigt, die Schwingungen des bracht, die vermeiden sollen, daß die Schwingungen Arbeitssystems durch direkte Schläge oder durch auf das Bohrgestänge übertragen werden. direkte in die schwingende Masse eingebaute AntriebeWhile the middle part of the drill collar is displaced with damped vibrations, they are released remains, arise at the ends of the difficult mood is so hit that the rebound impacts rod movements with less than 50 mm. It just remains in the work system, so is alone are therefore from the center of the drill collar from this state of affairs in a comparison with the Both ends of the force components, the rapid understanding of the state of the art to recognize that the invention lengthening and contraction of the heavy object the state of the art Cause rod material. Towered over at the top of the 65. Are against it, as with the ones listed Collar are heavy coil springs, intended to reduce the vibrations of the brought, which should avoid that the vibrations work system by direct hits or by be transferred to the drill pipe. direct drives built into the oscillating mass

Im Gegensatz zu dieser Lösung ist beim Gegenstand erzeugt, so führen die Rückprallstöße zu erheblichen der Erfindung die Meißel- bzw. Bohrstange so einge- 70 Störungen in der Weise, daß entweder die AntriebeIn contrast to this solution, the object is generated, so the rebound impacts lead to considerable of the invention, the chisel or boring bar so incorporated 70 interference in such a way that either the drives

zerstört oder das ganze schwingende System außer Takt gebracht und damit leistungsunfähig gemacht wird.destroyed or the whole vibrating system brought out of step and thus rendered inefficient will.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Dismantling or drilling device for mining with an exciter drive for the chisel or drill rod with the interposition of elastic means, such as an air cushion and springs, in a housing as a vibration system with an indirect spring drive, characterized in that the sleeve (b) , with which the chisel or drill rod (α) is firmly connected, carries a disk (s) resiliently supported on the housing (/) and an infra or ultrasonic field exciter (§ ·) which sets the above working system in rapid vibrations opposite is.

2. Mining or drilling device according to claim 1, characterized by a drive shaft (w) which engages in the bushing (b) and sets the rapidly oscillating chisel or drill rod (α) in rotation.

3. mining or drilling device according to claim 1 and. 2, characterized in that the chisel or boring bar (α) with one of the infra or ultrasound waves wholly or partially passing through Longitudinal bore is provided.

4. mining or drilling device according to claim 3, characterized in that the hole or completely is partially filled with a liquid.

5. mining or drilling device according to claim 1 and 2, characterized in that the chisel or. Boring rod (α) from one the infra or ultrasonic waves wholly or partially through the Sheathing tube (0) passing through the jacket space is surrounded, the Ummantekmgsro'hr (0) can be completely or partially filled with liquid.

6. mining or drilling device according to claim 5, characterized in that the casing tube (0) is telescopic,

7. mining or drilling device according to claim 5 or 6, characterized in that the sheathing tube (0) is attached to the housing (/) at any distance (s) .

Considered publications:

German Patent No. 165 935;

German patent applications B25421VI / 5b (published on July 14, 1955), W 3197 VI / 5b (published September 11, 1952);

Belgian Patent No. 505 102;

"Schlägel und Eisen" magazine, 1953, pp. 666, 667;

"Glückauf" magazine from March 26, 1955, p. 376, r. Sp., 3rd paragraph;

Journal "Bohrtechnik, Brunnenbau", issue 4, April 1955, p. 86;

Magazine "Umschau im Wissenschaft und ¹ Technik", 1953, pp. 601/602;

Journal "Werkstattechndk und Maschinenbau", 1954, p. 30/31.

1 sheet of drawings