DE112066C

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Publication number: DE112066C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Bei den bisher gebräuchlichen Entlastungsvorrichtungen für rotirende Bohrgestänge wurde gewöhnlich ein Gegengewicht direct an das das Bohrgestänge tragende Seil oder an den Balancier angeschlossen. Das Tragseil lief hierbei von dem Bohrgestänge über die Rolle im Böhrthurm und endigte an dem Gegengewichte, welches zumeist in einer Schlittenführung am Bohrthurme sich bewegen konnte. Bei dieser Einrichtung konnte das Bohrgestänge stets nur eine geringe Bewegung ausführen, so daß zwecks Nachstellung des Entlastungsgewichtes das Gestänge sehr oft zeitweilig außer Betrieb gesetzt werden mußte. Bei den praktischen Ausführungen konnte gewöhnlich das Gestänge nur je einen Meter tief geführt werden, worauf unter Stillsetzung des Bohrers die Nachstellung des Gewichtes erfolgen mußte.With the previously common relief devices for rotating drill rods a counterweight was usually placed directly on the rope or pipe carrying the drill pipe connected to the balancer. The support cable ran over from the drill rod the role in the Böhrthurm and ended at the counterweight, which is mostly in a Slide guide on the derrick could move. With this facility it could Drill rods always perform only a small movement, so that for the purpose of adjustment of the unloading weight, the linkage very often had to be temporarily put out of operation. In the practical Versions, the boom could usually only be guided one meter deep, whereupon the weight had to be readjusted while the drill was stopped.

Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, beliebig große Tiefen in ununterbrochenem Betriebe zu bohren, wobei die Verstellung des Gegengewichtes ohne jede Störung während des Betriebes erfolgt. Erreicht wird dies dadurch, daß das Entlastungsgewicht zwischen zwei Trommeln k I aufgehängt ist, von welchen die eine k mit dem Krane bezw. mit einer Trommel/, auf welche das Tragseil d für das Rohrgestänge α aufgewickelt ist, in Verbindung steht, während auf die andere Trommel Z das Seil in einer der ohne Unterbrechung zu bohrenden Tiefe (gewöhnlich die einer Stangenlänge) entsprechenden Länge aufgewickelt ist. Letztere Trommel ist durch ein Vorgelege η zu drehen, so daß, wenn nach einer gewissen Zeit das Entlastungsgewicht g bis zur höchsten Stelle gehoben ist, eine Senkung desselben, wodurch es wieder betriebsfähig gemacht wird, durch Drehung der Vorrathstrommel / erfolgen kann, so daß wieder eine entsprechende Seillänge von derselben abgewickelt wird.According to the present invention, it is possible to drill any depths in uninterrupted operations, the adjustment of the counterweight taking place without any disturbance during operation. This is achieved in that the relief weight is suspended between two drums k I , one of which k with the crane BEZW. is connected to a drum / on which the support rope d for the pipe rod α is wound, while the rope is wound onto the other drum Z in a length corresponding to the depth to be drilled without interruption (usually the length of a rod). The latter drum is to be rotated by a back gear η , so that when after a certain time the unloading weight g has been raised to the highest point, it can be lowered by rotating the supply drum / so that again a corresponding rope length is unwound from the same.

Es kann also ohne wesentliche Störung des Betriebes eine Tiefstellung des rotirenden Bohrers so lange erfolgen, als der Vorrath auf / ausreicht. Erst nachdem dieser Vorrath auf / erschöpft ist, bedarf es einer Stillsetzung des Bohrapparates. Es muß dann in bekannter Weise die Trommel k von der Trommel f entkuppelt werden, und wird dann durch Wiederabwickelung des Seiles h zurück auf I der erste Zustand wieder hergestellt.Thus, the rotating drill can be lowered as long as the supply is sufficient without any significant disturbance of the operation. Only after this supply has been exhausted does the drilling apparatus need to be shut down. The drum k must then be uncoupled from the drum f in a known manner, and the first state is then restored by unwinding the rope h back to I.

Eine besondere Drehvorrichtung ist noch für die mit dem Seile des Bohrgestänges in Verbindung stehende Trommel f vorgesehen, durch welche, je nachdem die Trommel in dem einen oder anderen Sinne gedreht wird, die Wirkung des Entlastungsgewichtes auf das Bohrgestänge entweder verstärkt oder abgeschwächt werden kann.A special rotating device is also provided for the drum f , which is connected to the ropes of the drill string, by means of which, depending on whether the drum is rotated in one sense or the other, the effect of the relief weight on the drill string can either be increased or weakened.

Die Entlastungsvorrichtung mit den beiden vorstehend charakterisirten Neuerungen ist auf der beiliegenden Zeichnung in Fig. ι näher dargestellt.The relief device with the two innovations described above is on the accompanying drawing in Fig. ι shown in more detail.

■ Das Bohrgestänge α ruht drehbar in der Aufhängevorrichtung b und wird durch einen Kegelantrieb c von der Maschine aus in Rotation versetzt. Das Gestänge hängt an einem■ The drill rod α rests rotatably in the suspension device b and is set in rotation from the machine by a bevel drive c. The linkage hangs on one

(2. Auflage, ausgegeben am ig. Juni igoö.)(2nd edition, issued on June 1st igoö.)

Seile d, welches sich über die im Bohrthurme befestigte Rolle e schlingt und mit seinem freien Ende auf die Trommel f aufgewickelt ist. Rope d, which loops over the roller e fixed in the derrick and is wound with its free end onto the drum f.

Das Gegengewicht g hängt mit der Rolle g·¹ an dem Seile h. Dieses schlingt sich über zwei im Gerüste befestigte Rollen i i^l und geht einerseits zu der Trommel k, andererseits zu der Trommel I. Bei dieser Ausführungsform ist das Seil h nicht direct auf die Trommel/ für das Bohrseil d gewickelt. Es sind vielmehr -für beide Seile besondere Trommeln vorgesehen, welche durch ein Rädervorgelege m verbunden sind. Es geschieht dies lediglich zu dem Zwecke, bei den immerhin großen Gewichten, welche das Bohrgestänge bei größerer Tiefe erhält, die Entlastung- mit einem verhältnißmäßig geringen Gewichte bewirken zu können. Die Trommel I, welche den Vorrath der abzuwickelnden Seillänge von Seil h enthält, wird durch einen Schneckentrieb η festgestellt und kann durch Drehen desselben auch bewegt werden. Auf die Trommel k ist'noch eine Einwirkung nach beiden Drehrichtungen mittelst eines Kettenzuges ο möglich, der durch ein Handrad ρ bewegt wird.The counterweight g hangs with the pulley g · ¹ on the rope h. This loops over two rollers ii ^l fastened in the frame and goes to the drum k on the one hand and to the drum I on the other. In this embodiment, the rope h is not wound directly onto the drum / for the drilling rope d. Rather, special drums are provided for both ropes, which are connected by a gear train m . This is done only for the purpose of being able to effect the relief with a relatively low weight with the heavy weights which the drill pipe receives at greater depths. The drum I, which contains the supply of the rope length of rope h to be unwound, is fixed by a worm drive η and can also be moved by turning it. It is still possible to act on the drum k in both directions of rotation by means of a chain hoist ο, which is moved by a handwheel ρ .

Die beschriebene Einrichtung wirkt folgendermaßen :The device described works as follows:

Es sei vorausgesetzt, daß das Gewicht des Bohrgestänges bei einer gewissen Tiefe des Bohrloches 2000 kg beträgt. Das Uebersetzungsverhältniß des Rädervorgeleges m sei von k nach / gleich 1: 20. Es braucht in diesem Falle, von Reibungswiderständen u.s. w. abgesehen, das doppelt aufgehängte Entlastungsgewicht g nur 200 kg zu betragen, um das Gewicht des Bohrgestänges vollkommen auszugleichen. Durch entsprechende Abmessung des Entlastungsgewichtes hat man es nicht nur in der Hand, das Bohrgestänge durch sein eigenes Gewicht zum Abwärtsgehen zu bewegen, sondern man kann auch den Druck, mit welchem der Bohrer auf das Gestein wirkt, ganz genau bestimmen. Befindet sich nun das Entlastungsgewicht in der Tiefstellung, so wird beim Inbetriebsetzen der Bohreinrichtung das Bohrgestänge allmählich nach unten sinken, wobei sich naturgemäß das Seil d von der Trommel f abwickelt. Hierdurch kommt die Trommel k derart in Drehung, daß das Seil h auf ihr aufgewickelt wird. Das Entlastungsgewicht geht dabei in die Höhe; nachdem die Hochstellung desselben erreicht ist, muß durch Drehung der Vorrathstrommel / mittelst des Schneckentriebes η das. Gewicht ρ wieder in seine Tiefstellung gebracht werden.It is assumed that the weight of the drill string at a certain depth of the borehole is 2000 kg. The transmission ratio of the gear reduction m is from k to / equal to 1: 20. In this case, apart from frictional resistance etc., the doubly suspended relief weight g only needs to be 200 kg in order to completely compensate for the weight of the drill rod. By appropriately dimensioning the relief weight, you not only have it in your hand to move the drill rod to go down with your own weight, but you can also determine the pressure with which the drill acts on the rock very precisely. If the unloading weight is now in the low position, the drill rods will gradually sink down when the drilling device is put into operation, the rope d naturally unwinding from the drum f. This causes the drum k to rotate in such a way that the rope h is wound onto it. The unloading weight goes up; after the upper position has been reached, the weight ρ must be brought back into its lower position by turning the supply drum / by means of the worm drive η.

Mittelst des durch das Handrad ρ zu bewegenden Kettenzuges 0 kann die Wirkung bezw. der Druck des Bohrers auf das Gestein regulirt werden. Es kommt häufig vor, daß der Bohrer plötzlich auf sehr harte Gesteinschichten auftrifft, so daß zu einer wirksamen Bohrung ein großer Druck erforderlich ist. Da derartig harte Schichten, häufig nur sehr schwach sind, ist es unvortheilhaft, durch Veränderung" des Entlästungsgewichtes den Druck des Bohrers zu verändern. Es kann mittelst des Handrades ρ die Wirkung des Entlastungsgewichtes so weit abgeschwächt werden, daß infolge der Uebersetzung durch das Vorgelege m der Druck des Bohrgestänges ganz wesentlich erhöht werden kann; umgekehrt kann natürlich auch, wenn der Bohrer auf weichere Schichten treffen sollte, mit Hülfe des Handrades die Wirkung des Entlastungsgewichtes verstärkt, der Druck des Bohrers somit verringert werden.By means of the chain hoist 0 to be moved by the handwheel ρ , the effect can respectively. the pressure of the drill on the rock can be regulated. It is common for the drill bit to suddenly strike very hard layers of rock so that a great deal of pressure is required to drill effectively. Since such hard layers that often are very weak, it is unprofitable to change by changing "the Entlästungsgewichtes the pressure of the drill. It can by means of the handwheel ρ the effect of the discharge weight to such an extent attenuated, that as a result of the translation by the countershaft m the pressure of the drill rod can be increased significantly; conversely, if the drill should hit softer layers, the effect of the relief weight can of course be increased with the help of the handwheel, thus reducing the pressure of the drill.

In Fig. 2 ist die Ausführungsform dieser Einrichtung dargestellt.In Fig. 2, the embodiment is this Facility shown.

Diese Ausführungsform entspricht hinsichtlich ihrer Einrichtung und Wirkung im Wesentlichen genau der in Fig. 1. Ein Unterschied besteht nur in der Anordnung des das Entlastungsgewicht tragenden Seiles h; während in Fig. 1 das Seil h mit seinen Enden auf die Trommel k und I aufgewickelt ist, werden hier keine Trommeln, sondern einfache Scheiben k und I benutzt, um welche das Seil herumgeschlungen ist. Das Seil ist endlos und läuft, von der mit der Lasttrommel f gekuppelten Scheibe k kommend, über die Rolle i zur Tragrolle g¹ des Entlastungsgewichtes, von dort über die Rolle i¹ zur Scheibe /, die durch den Schneckentrieb η an einer Drehung verhindert ist; von hier aus geht das Seil über die Führungsrolle q, welche ein sicheres Anlegen des Seiles an die Scheibe / bewirkt, und dann nach unten, um zwischen der Rolle q und der nächsten Rolle ν einen Durchgang h¹ zu bilden und dann auf die Scheibe k zurückzukehren.In terms of its device and effect, this embodiment corresponds essentially exactly to that in FIG. 1. There is only a difference in the arrangement of the cable h carrying the relief weight; While in Fig. 1 the rope h is wound with its ends on the drum k and I , no drums are used here, but simple sheaves k and I around which the rope is wrapped. The rope is endless and, coming from the pulley k coupled to the load drum f , runs over the pulley i to the support pulley g ¹ of the unloading weight, from there over the pulley i ¹ to the pulley /, which is prevented from rotating by the worm drive η ; From here the rope goes over the guide pulley q, which causes the rope to be securely attached to the pulley /, and then down to form a passage h ¹ between the pulley q and the next pulley ν and then onto the pulley k to return.

Die Wirkung ist genau dieselbe wie bei der Anordnung in Fig. 1. Bei der gekennzeichneten Stellung wird bei der Abwärtsbewegung des Bohrgestänges das Entlas'tungsgewicht g aufgewunden, wodurch sich der Durchgang h¹ im Seile H vertieft.The effect is exactly the same as in the case of the arrangement in FIG. 1. In the position shown, the relief weight g is wound up during the downward movement of the drill rod, as a result of which the passage h ¹ in the cable H is deepened.

Hat das Gewicht g seine höchste Stellung erreicht, so wird die Scheibe I mit Hülfe der Schnecke η in Richtung des Uhrzeigers gedreht, wodurch der Durchgang /2¹ verkürzt und das Entlastungsgewicht g wieder gesenkt wird, so daß die Scheibe k wieder hebend auf dasselbe einwirken kann.When the weight g has reached its highest position, the disk I is turned clockwise with the help of the worm η , whereby the passage / 2 ^{1 is} shortened and the relief weight g is lowered again, so that the disk k is again lifting it can.

Eine wertere Ausführungsform der Vorrichtung wird durch Fig. 3 verdeutlicht.Another embodiment of the device is illustrated by FIG.

Die Figur zeigt einen in sich geschlossenen Kettenzug für das Entlastungsgewicht g, welcher im Wesentlichen dem in Fig. 2 darge-The figure shows a self-contained chain hoist for the relief weight g, which is essentially the same as that shown in FIG.

stellten entspricht. Hier ist aber das Bohrgestänge nicht an einem Seile aufgehängt, sondern dasselbe wird durch einen Zahnstangenantrieb um ein gewisses Stück in der Verticalrichtung beweglich gehalten. Dieser Zahnstangenantrieb steht mit dem Entlastungsgewicht in Verbindung, so daß die durch die eigene Schwere des Gestänges erfolgende Senkung des Bohrwerkzeuges durch das Entlastungsgewicht regulirt werden kann. Die Bewegungs- bezw. Hemmvorrichtung für das Bohrgestänge besteht aus zwei Zahnstangen r r¹, welche mit einer das Bohrgestänge direct umgebenden Hülse s fest verbunden sind. Diese Hülse s wird an dem Bohrgestänge durch geeignete Klemmvorrichtungen befestigt, welche Längsverschiebungen der Zahnstangen r r¹ gegenüber dem Gestänge α verhindern, die Drehung des Gestänges jedoch zulassen. Auf dem Bohrgerüste sind zwei Zahntriebe f i¹ gelagert, welche mit den Zahnstangen r r^l in Eingriff stehen. Auf den Achsen dieser Triebe sitzen größere Zahnräder u ii¹, welche in einander eingreifen, so daß die Bewegung beider Zahnstangen ganz gleichmäßig erfolgen muß.represented corresponds. Here, however, the drill pipe is not suspended from a rope, but is kept movable by a rack and pinion drive around a certain distance in the vertical direction. This rack and pinion drive is connected to the relief weight, so that the lowering of the drilling tool caused by the weight of the rod itself can be regulated by the relief weight. The movement resp. Inhibiting device for the drill pipe consists of two racks rr ¹ , which are firmly connected to a sleeve s directly surrounding the drill pipe. This sleeve s is attached to the drill pipe by suitable clamping devices, which ^{prevent longitudinal displacement of the racks rr 1} relative to the rod α , but allow the rod to rotate. Two gear drives fi ¹ , which are in engagement with the racks rr ^{l, are mounted on the drilling frame.} On the axes of these drives sit larger gears u ii ¹ , which mesh with each other, so that the movement of both racks must take place very evenly.

Die Figur zeigt einen Trieb v, welcher verschiebbar in einer Schlittenführung ν¹ gelagert ist. Auf der Achse dieses Triebes sitzt eine Rolle y², über welche der Kettenzug h läuft. Je nach seiner Stellung ist der Trieb ν mit. dem Rade u oder w¹ in Eingriff. Die Figur zeigt die Zahnstangen beinahe in ihrer tiefsten Stellung, der Trieb ν ist in Eingriff mit dem linken Rade u, so daß die Senkung des Bohrgestänges die Hebung des Entlastungsgewichtes veranlaßt. The figure shows a drive v, which is slidably mounted in a slide guide ν ^1. On the axis of this drive sits a roller y ² over which the chain hoist h runs. Depending on its position, the drive ν is with. the wheel u or w ¹ engaged. The figure shows the racks almost in their lowest position, the drive ν is in engagement with the left wheel u, so that the lowering of the drill rod causes the lifting of the relief weight.

Sind die Triebe 11¹ am Ende der Zahnstange angekommen, so muß die Bohrvorrichtung stillgesetzt werden, damit die Zahnstangen wieder nach oben gebracht werden können. Es wird zu diesem Zwecke die Verbindung zwischen der Hülse s und dem Gestänge gelöst, dann wird die Schwere des Entlastungsgewichtes genügen, ein selbstthätiges Hochgehen der Zahnstangen zu veranlassen. Sobald die Zahnstangen sich in der Hochstellung befinden, wird die Hülse 5 wieder mit dem Bohrgestänge verbunden, worauf weiter gebohrt werden kann. Natürlich könnten zur Hebung der Zahnstangen auch besondere Windevorrichtungen vorgesehen werden. Es zeigt die vorbeschriebene Einrichtung nach Fig. 3 den Ausführungen nach Fig. Ί und 2 gegenüber scheinbar den Nachtheil, daß der Bohrer während des Arbeitens öfter stillgesetzt werden muß, um die Bewegungsvorrichtung zurückzuschalten. In Wirklichkeit ist dies kein Nachtheil. Die Zahnstangen brauchen nur so lang gemacht zu werden, wie eine einzelne Stange des Bohrgestänges; es braucht dann eine Zurückschaltung der Zahnstangen immer nur vorgenommen zu werden, wenn ein Stillsetzen der Bohrvorrichtung zwecks Verlängerung des Gestänges so wie so erfolgen muß.If the drives 11 ^{1 have} arrived at the end of the rack, the drilling device must be stopped so that the racks can be brought up again. For this purpose the connection between the sleeve s and the linkage is released, then the gravity of the unloading weight will suffice to cause the racks to rise automatically. As soon as the racks are in the upper position, the sleeve 5 is reconnected to the drill rod, whereupon drilling can continue. Of course, special winch devices could also be provided for lifting the racks. It shows the above-described device according to FIG. 3 compared to the embodiments according to FIGS. Ί and 2 apparently the disadvantage that the drill has to be stopped more often during work in order to switch back the movement device. In reality this is not a disadvantage. The racks need only be made as long as a single bar of the drill string; the racks only need to be switched back if the drilling device has to be stopped for the purpose of extending the linkage, as has to be done.

Durch die Verstellbarkeit des Triebes ν zwischen den beiden Zahnrädern u und ii¹ kann das Gewicht g während des Bohrens zur Entlastung, wie auch zur Belastung des Bohrgestänges benutzt werden. In der gezeichneten Stellung, bei welcher der Trieb ν mit dem Rade u in Eingriff steht, wird das Gestänge entlastet. Wird der Trieb ν jedoch mit dem Rade κ¹ in Eingriff gebracht, so wird das Gewicht g das Gewicht des Bohrgestänges verstärken. Es ist dies sehr vortheilhaft, wenn beim Bohren Schichten von sehr hartem Materiale zu überwinden sind. Das direct in den Kettenzug k eingeschaltete Handrad ρ dient wieder, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungen nach Fig. 1 und 2, zur directen Verstärkung oder Abschwächung der Wirkung des Entlastungsgewichtes.Due to the adjustability of the drive ν between the two gears u and ii ¹ , the weight g can be used to relieve the load during drilling, as well as to load the drill rod. In the position shown, in which the drive ν is in engagement with the wheel u , the linkage is relieved. However, if the drive ν is brought into engagement with the wheel κ ¹ , the weight g will increase the weight of the drill rod. This is very advantageous if layers of very hard material have to be overcome when drilling. The handwheel ρ switched directly into the chain hoist k serves again, as in the previously described embodiments according to FIGS. 1 and 2, for the direct strengthening or weakening of the effect of the unloading weight.

Auch die Einrichtung nach Fig. 3 kann noch Abänderungen in mannigfacher Weise erfahren; so ist zunächst zu bemerken, daß das Entlastungsgewicht statt, wie dargestellt, zwischen den Rollen i i¹ auch zwischen den Rollen qv² aufgehängt werden könnte. In dem Falle würde sich mit Bezug auf den Zahnstangentrieb die umgekehrte Wirkungsweise ergeben.The device according to FIG. 3 can also be modified in many ways; It should first be noted that the unloading weight, instead of being suspended between the rollers ii ¹ as shown, could also be suspended between the rollers ^{qv 2.} In that case, the opposite effect would result with respect to the rack and pinion drive.

Eine periodische Umhängung des Gewichtes g könnte auch die Umsteuerung des in den Kettenzug eingeschalteten Triebes ν ganz überflüssig machen. Wenn die Zugwirkung des Gewichtes zwischen den Rollen i i¹ den Abwärtsgang des Bohrgestänges verlangsamt, so würde das Gewicht, zwischen die Rollen q und v² geschaltet, den Abwärtsgang der Zahnstangen beschleunigen; hierbei wäre es auch genügend, wenn nur eine Zahnstange r mit einem Triebe t und Rade u verwendet würde. Es ist ja übrigens selbstverständlich, daß im Allgemeinen überhaupt eine Zahnstange ausreichen wird, wenn nur eine geeignete Umsteuerungsvorrichtung nach einer der vorgenannten. Methoden benutzt wird. Die Verwendung zweier Zahnstangen wird sich jedoch immer empfehlen, da hierdurch ein weitaus gleichmäßigeres Arbeiten der Einrichtung erzielt wird.Periodic repositioning of the weight g could also make the reversal of the drive ν connected to the chain hoist completely superfluous. If the pulling action of the weight between the rollers ii ¹ slows the downward movement of the drill pipe, the weight, connected between the rollers q and v ² , would accelerate the downward movement of the racks; Here it would also be sufficient if only one rack r with one drive t and gear u were used. Incidentally, it goes without saying that, in general, a toothed rack will be sufficient at all, if only a suitable reversing device according to one of the aforementioned. Methods is used. The use of two toothed racks is always recommended, however, as this allows the device to work much more evenly.

Claims

Patent Claims:

I. A relief device for rotary drill rods with relief weights acting on the drilling cable drum, characterized in that this relief weight (g) is suspended in such a way that its carrying cable (h) on the one hand around a toothed joint with the drilling cable drum (f) by means of

is wheel (τη) meshing drum '(k) and on the other hand to a looped through worm drive (s) or the like. for moving drum (I), so that after the down-going of the drill string (a) is a the strokes of the weight (g) corresponding length the weight (g) can be lowered again by turning the drum (I) accordingly. An embodiment of the relief device according to claim i, characterized by a chain hoist (ο) rotating to the right or left on the drum (k) in order to be able to strengthen or weaken the effect of the weight (g). An embodiment of the relief device according to claim ι, characterized in that the relief weight (g) acts with its chain pull (h) on a rack drive directly releasably connected to the drill rod (Fig. 3).

4. An embodiment of the rack and pinion drive according to claim 3 in such a way that a toothed drive (v ) switched on in the chain hoist (h) is brought into engagement alternately with two wheels (uu ^{1 and} 11 ¹ ) meshing with the racks (rr ^l ) can, so that when the drive (v) is in engagement with the one wheel (u) , the lowering of the drill rod (a) with the clamped sleeve (s) can take place under the counteracting influences of the unloading weight, while the engagement of the drive ( v) in the other wheel (u ¹ ) the weight (g) accelerates the downward movement of the drill pipe.

1 sheet of drawings.