DE19503181C2 - Drehmomentsteuervorrichtung für eine rotierende Bergwerksbohrmaschine - Google Patents
Drehmomentsteuervorrichtung für eine rotierende BergwerksbohrmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentsteuervorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei verschiedenen Arten von Bohrvorgängen wird der Bohrmeißel während seiner
Rotation durch Druck nach unten gedrückt, um in Tonerdeformationen einzudrin
gen. Diese Bohrvorgänge können auf den Bohrmeißel verhältnismäßig starke Ab
wärtskräfte ausüben und auch für die Umdrehungen des Bohrmeißels ein verhält
nismäßig hohes Drehmoment erforderlich machen.
Ein typisches Beispiel dafür ist der rotierende Sprenglochbohrer, der eine große
Bohranlage aufweist, an der ein Rotationsantriebsmechanismus angebracht ist.
Typischerweise kann der Rotationsantrieb des Bohrers in im wesentlichen vertikaler
Richtung direkt über der zu bohrenden Formation angehoben und abgesenkt wer
den. Zusätzlich kann mit dem Rotationsantrieb eine Länge eines Bohrrohrs oder
Bohrstrangs so verbunden werden, daß es oder er nach unten in im wesentlichen
vertikaler Richtung ragt. Ein Bohrmeißel ist am vorderen Ende des Bohrrohrs befe
stigt. Der Rotationsantriebskopf der Bohrmaschine wird aktiviert, um sowohl das
Bohrrohr als auch den Bohrmeißel mit gewünschter Drehzahl zu drehen. Dann wird
der Rotationsantrieb zusammen mit dem Bohrrohr und dem Meißel abgesenkt, so
daß der Bohrmeißel die Oberfläche der zu bohrenden Formation berührt. Abwärts
druck wird dann kontinuierlich auf das rotierende Bohrrohr und den Meißel aufge
bracht, damit der Bohrmeißel nach unten in die Formation schneidet. Während des
Bohrvorgangs wird Luft durch das Innere des Antriebskopfs, des Bohrrohrs und
durch den Bohrmeißel gedrückt, um dadurch herausgebohrte Stücke aus dem Loch
zu drücken und eine saubere Oberfläche beizubehalten, auf die der Bohrmeißel
einwirken kann.
Wenn das gebohrte Loch tief genug ist, um die erste Länge des Bohrrohrs aufzu
nehmen, wird der Rotationsantrieb des Bohrers von dem Bohrrohr abgetrennt und
in seine ursprüngliche Position gehoben. Eine zweite Länge des Bohrrohrs wird
dann zwischen den Rotationsantrieb und der ersten Länge des Bohrrohrs einge
fügt. Der Rotationsantrieb wird dann aktiviert und der Bohrvorgang fortgesetzt. Die
se Prozedur wird wiederholt, bis eine gewünschte Bohrlochtiefe erreicht ist.
Um die mit Vibrationen und Stößen auf die Bohrvorrichtung einhergehenden
Schwierigkeiten zu beseitigen, sind verschiedene Vorrichtungen zur Dämpfung der
Vibrationen und zur Absorption von Torsionskräften während des Betriebs des ro
tierenden Bohrers verwendet worden. Die Vorrichtungen weisen typischerweise
eine kraftabsorbierende Apparatur auf, die zwischen den rotierenden Antriebskopf
der Bohrmaschine und das Bohrrohr eingefügt sind. In manchen Fällen enthält die
kraftabsorbierende Apparatur verschiedene Arten elastischen Materials, das die
Vibrationen und die Stöße absorbiert und dadurch die beim Bohrvorgang entste
hende unerwünschte Energie verbraucht.
Die US-Patente Nr. 3 746 330 und 3 947 009 beschreiben eine zwischen einer An
triebswelle und einer Abtriebswelle eines rohrförmigen Bohrstrangs in einer rotie
renden Bohrmaschine vorgesehene elastische Kupplung. Eine Gruppe elastischer
Scheiben sind zwischen eine Folge axial beabstandeter Antriebs-, Abtriebs- und
Druckplatten sandwichartig eingelegt, die die Antriebs- und Abtriebswellenglieder
umgeben. Stiftvorsprünge ragen von der angetriebenen Platte in die elastischen
Scheiben, und Befestigungsglieder ragen zwischen die Antriebs- und Druckplatten,
um die elastischen Scheiben zusammen und in eine Einheit mit den Stiftvorsprün
gen und Befestigungsgliedern zu drücken.
Das US-Patent Nr. 4 109 488 beschreibt eine stoßabsorbierende Rotationsan
triebskupplung für einen rotierenden Sprenglochbohrer. Diese Vorrichtung enthält
zwei parallele, horizontale Platten. Eine der Platten, die Antriebsplatte, ist mit dem
Rotationsantrieb verbunden, und die andere, die Abtriebsplatte, ist mit der Ab
triebswelle oder dem Bohrrohr verbunden. Die Apparatur enthält außerdem ein ela
stisches Glied, das zwischen die beiden Platten eingebunden ist. Die gesamte Ap
paratur hat eine Bohrung durch ihr Zentrum, damit sie Luft und Fluid, die durch das
Bohrrohr zum Bohrmeißel gedrückt werden, aufnehmen kann. Zusätzlich ist in der
Technik bekannt, Nylonlaschen an den jeweiligen Platten festzumachen. Sobald ein
vorgegebener Drehzahlwert auf die Abtriebsplatte einwirkt, verdrillen sich die elasti
schen Platten, und die Laschen werden angezogen. Das durch die Antriebsplatte
erzeugte Drehmoment wird dann direkt zur Abtriebsplatte durch die Nylonlaschen
übertragen und bewirkt, daß die Antriebsplatte direkt die Abtriebsplatte antreibt und
das auf die elastische Platte einwirkende Drehmoment aufnimmt. Die Nylonlaschen
haben das Problem, daß sie häufig reißen oder sich überdehnen und deshalb nicht
immer ausreichend die elastischen Platten genügend schützen. Zusätzlich können
die Nylonlaschen in einem Hebezustand reißen oder überdehnt werden, was ihre
Langlebigkeit einschränkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Drehmoment
steuerung für eine rotierende Bohrmaschine mit Stoß- und Drehmoment absorbie
rendem Zentralglied dahingehend weiterzubilden, daß ein Auftreten eines
Drehmoments verhindert wird, durch das das Zentralglied beschädigt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Drehmomentsteu
ervorrichtung, die eine mit einer Antriebswelle verbindbare obere Plattenbaugruppe,
eine mit einer Abtriebswelle verbindbare untere Plattenbaugruppe und ein stoß-
und drehmomentabsorbierendes Glied umfaßt, das an der oberen Plattenbaugrup
pe und der unteren Plattenbaugruppe befestigt ist, Drehmomententlastungsglieder
aufweist. Die Drehmomententlastungsglieder dienen zur Ableitung des auf das
stoß- und drehmomentabsorbierende Glied wirkenden Drehmoments und enthalten
ein mit der oberen Plattenbaugruppe verbundenes erstes Eingriffsglied und ein mit
der unteren Plattenbaugruppe verbundenes zweites Eingriffsglied. In Reaktion auf
eine vorgegebene Größe des auf die untere Plattenbaugruppe einwirkenden
Drehmoments kommt das erste Eingriffsglied in Berührung mit dem zweiten Ein
griffsglied, wodurch die obere Plattenbaugruppe direkt die untere Plattenbaugruppe
antreibt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Drehmomentsteuervor
richtung vorgesehen, die die auf die Antriebswelle und Komponenten einer im
Bergbau eingesetzten rotierenden Bohrmaschine einwirkenden Kräfte oder
Drehmomente handhabt. Die Vorrichtung enthält eine obere Plattenbaugruppe, die
mit der Antriebswelle der rotierenden Bohrmaschine verbindbar ist, eine untere
Plattenbaugruppe, die mit der Abtriebswelle oder dem Bohrrohr der rotierenden
Bohrmaschine verbindbar ist, wobei ein Bohrmeißel mit einem Ende der Abtriebs
welle verbunden ist, ein stoß-, vibration- und drehmomentabsorbierendes Zen
tralglied, welches vorzugsweise einen ringförmigen Körper aus Elastomermaterial
enthält und die obere mit der unteren Plattenbaugruppe koppelt, und vorzugsweise
ein zylindrisches Gehäuse, das nach oben ragende Arme trägt, die mit der oberen
Plattenbaugruppe zur Aufnahme von auf das Elastomerglied einwirkenden über
mäßigen Drehmomenten zusammenwirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die obere und die untere Plat
tenbaugruppe jeweils eine allgemein flache, kreisförmige Metallbasis, die eine röh
renförmige Verlängerung mit einem Außen- bzw. Innengewindeabschnitt hat, die
am Zentrum der Basis angeschweißt ist. Die obere Plattenbaugruppe enthält ferner
mehrere Flansche, die Mitnehmerflächen haben, wobei die Flansche Schlitze längs
des Umfangs der flachen Metallbasis definieren. Das zylindrische Gehäuse hat eine
zylindrische Außenfläche und eine zylindrische Innenfläche, die einen Hohlraum
darin bildet, eine Vielzahl nach oben ragender Arme und ein ringförmiges Ende,
das den nach oben ragenden Armen gegenüberliegt. Die untere Plattenbaugruppe
bildet die Basis des inneren Hohlraums des Gehäuses, und ihr Ende ist am Gehäu
se durch Verschweißung entlang ihres Umfangs mit der Innenfläche des Hohlraums
angebracht. Während des normalen Betriebs liegen die oberen Abschnitte der nach
oben ragenden Arme in den längs der Außenkante der oberen Plattenbaugruppe
ausgebildeten Schlitzen.
Sobald der Bohrmeißel blockiert oder behindert wird, verlangsamt sich die Rotation
der Abtriebswelle oder hört auf. Die Antriebswelle dreht sich jedoch immer noch,
und die Verlangsamung der Abtriebswelle übt gewöhnlich ein hohes Drehmoment
auf die Antriebswelle aus. Ein Teil dieser Kraft oder des Drehmoments wird vom
ringförmigen Körper des in der vorliegenden Erfindung enthaltenen elastischen
Glieds absorbiert, weil sich der ringförmige Körper verdrillt und deformiert und da
durch die Stärke des Drehmoments, welches von der Abtriebswelle auf die An
triebswelle wirkt, reduziert. Sobald das auf den ringförmigen Körper des elastischen
Materials einwirkende Drehmoment eine vorbestimmte Stärke erreicht, verdreht
sich der elastische, ringförmige Körper soweit, daß beispielsweise die Mitnehmer
flächen der Flansche der oberen Plattenbaugruppe in Kontakt mit den nach oben
ragenden Armen des unteren Gehäuses kommen. Wenn die Mitnehmerflächen die
nach oben ragenden Arme berühren, treibt die obere Plattenbaugruppe direkt das
äußere Gehäuse und die untere Plattenbaugruppe und verhindert dadurch, daß auf
das elastische, ringförmige Glied ein zusätzliches Drehmoment einwirkt. Dies ver
hindert, daß das elastische Glied ein übermäßig großes Drehmoment erfährt, das
es überlasten oder abreißen könnte.
Wahlweise ist ein kreisförmiger Hubring vorgesehen, der der Dehnung des Elasto
merglieds nach oben eine vorbestimmte Grenze setzt, wenn die Steuervorrichtung
von dem Sprengloch abgehoben wird. Die Drehmomentsteuervorrichtung wird vom
Sprengloch entfernt, indem auf die Antriebswelle eine Hubkraft erteilt wird, die eine
Kraft auf die Antriebsplatte ausübt und dadurch eine Dehnung des Ringkörpers des
elastischen Glieds verursacht. Der Hubring ist in der bevorzugten Ausführung über
der Metallbasis der oberen Plattenbaugruppe, das ist die Antriebsplatte, und an den
Oberkanten der nach oben ragenden Arme montiert. Wenn sich der ringförmige
Körper um einen vorgegebenen Betrag streckt, berührt die Metallbasis der oberen
Plattenbaugruppe den Kreisring. Dies begrenzt die Auslenkung der oberen Platten
baugruppe nach oben und verhindert eine weitere Dehnung des elastischen Glie
des und verlängert dadurch die Lebensdauer des elastischen Gliedes.
Bei der oben beschriebenen Drehmomentsteuerung, deren zentraler Teil vorzugs
weise aus dem ringförmigen Körper des elastischen Materials besteht, kann dieser
ringförmige Körper obere und untere ringförmige Kanten und zwei kreisförmige
Metallplatten aufweisen, wobei die obere ringförmige Kante mit einer der Platten
und die untere ringförmige Kante mit der anderen Platte verklebt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung und
aus den beigefügten Ansprüchen deutlich.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Drehmomentsteuervorrichtung für eine stoßab
sorbierende Apparatur, die an einer rotierenden Bohrmaschine im Bergbau in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf eine obere Antriebsplattenbaugruppe, die in der
Vorrichtung von Fig. 1 verwendet ist, mit einer in ihrem Zentrum gebildeten Stift
verbindung mit Außengewinde.
Fig. 3B ist eine Ansicht der Vorrichtung in Richtung der Pfeile 3A-3A in Fig. 3A.
Fig. 4A ist eine Draufsicht auf einen zentralen Teil, der ein bei der vorliegenden
Erfindung verwendetes elastisches Glied enthält.
Fig. 4B ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des zentralen Teils, das in
Fig. 4A gezeigt ist.
Fig. 5A ist ein Grundriß der Baugruppe einer unteren Plattenbaugruppe der Vor
richtung von Fig. 1 mit einem daran angeschweißten zylindrischen Gehäuse.
Fig. 5B ist eine Seitenansicht der unteren Plattenbaugruppe mit Gehäuse wie in
Fig. 5A gezeigt ist, weiches einen in seinem Zentrum ausgebildeten Muffenver
binder veranschaulicht, an dem ein Bohrrohr angebracht werden kann.
Fig. 6A ist eine Draufsicht auf das in den Fig. 5A und 5B gezeigte zylindrische
Gehäuse.
Fig. 6B ist eine Seitenansicht des in Fig. 6A gezeigten Gehäuses.
Fig. 7A ist ein Grundriß der unteren Plattenbaugruppe mit einem in ihrem Zentrum
ausgebildeten Muffenverbinder, der ein Innengewinde aufweist.
Fig. 7B ist eine Schnittansicht in Richtung der in Fig. 7A gezeigten Pfeile 7B.
Fig. 8A ist eine Teil-Explosionsdarstellung der in Fig. 1 dargestellten Drehmo
mentsteuervorrichtung mit abgenommenem Gehäuse.
Fig. 8A ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Fragments der in Fig. 8A darge
stellten Vorrichtung, welches eine bei der vorliegenden Erfindung verwendete
Schrauben-Mutter-Verbindung veranschaulicht.
Fig. 9A ist eine Draufsicht auf den Hubring.
Fig. 9B ist eine Schnittansicht längs der Linie 9B-9B von Fig. 9A.
Fig. 10A ist eine perspektivische Draufsicht, die die Vorrichtung in ihrer normalen
Arbeitsposition zeigt.
Fig. 10B ist eine vergrößerte Detailseitenansicht der in Fig. 10A gezeigten Vor
richtung, wenn der Bohrer im Rechtslauf betrieben wird und ein Hindernis die Mit
nehmerflächen an den Flanschen der oberen Plattenbaugruppe in physikalischen
Kontakt mit den Armen des Gehäuses im Uhrzeigersinn gebracht hat.
Fig. 10C ist eine vergrößerte Detailseitenansicht der Vorrichtung, die in Fig. 10A
gezeigt ist, wenn der Bohrer im Linkslauf gedreht wird, um den Bohrmeißel zu be
freien, wodurch die Mitnehmerflächen an den Flanschen der oberen Plattenbau
gruppen entgegen dem Uhrzeigersinn in physikalischen Kontakt mit den Armen des
Gehäuses gebracht werden.
Fig. 10D ist eine vergrößerte Detailseitenansicht der Vorrichtung, die in Fig. 10A
gezeigt ist, wenn der Bohrer im Linkslauf betrieben wird, um die Gewinde längs der
Antriebswelle und der Abtriebswelle aufzubrechen, wobei dadurch die Mitnehmer
flächen an den Flanschen der oberen Plattenbaugruppe im Linkslauf in physikali
schen Kontakt mit den Armen des Gehäuses gebracht werden.
Fig. 10E ist eine vergrößerte Detailseitenansicht der in Fig. 10A gezeigten Vor
richtung, wenn diese aus einem Bohrloch gehoben wird und die Hubkraft eine Deh
nung des elastischen Glieds bewirkt hat, daß dieses sich so weit streckt, daß die
Metallbasis der oberen Plattenbaugruppe physikalisch den Hubring berührt.
Die Zeichnungen dienen der Darstellung einer bevorzugten Ausführung der vorlie
genden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine stoßabsorbierende, vibrationsdämpfende
Drehmomentsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Drehmo
mentsteuervorrichtung 10 weist eine obere Plattenbaugruppe 100, einen zentralen,
stoßabsorbierenden Teil 200, ein Gehäuse 300, eine untere Plattenbaugruppe 400
und einen Hubring 500 auf.
Die obere Plattenbaugruppe 100 ist am besten anhand der Fig. 2, 3A und 3B zu
ersehen und enthält um eine zentrale Achse herum ausgebildet, eine allgemein
flache, kreisförmige Metallplatte 102 und einen nach oben ragenden, metallischen
Rohrteil oder einen Stiftverbinder 104 mit Außengewinde zur Verbindung mit der
Antriebswelle einer Rotationsbohrmaschine. Der Stiftverbinder 104 ist zentral an
der Platte 102 montiert und erstreckt sich längs der zentralen Achse A. In der be
vorzugten Ausführung ist der Stiftverbinder 104 mit der Platte 102 verschweißt und
besteht aus Stahl der Typenreihe 41/40. Der Stiftverbinder 104 hat eine breite Ba
sis 106, anliegend an der Platte 102, und einen schmaleren angeschrägten Hals
abschnitt 108 mit dem Außengewinde. Eine Bohrung 110 geht zentral in Richtung
der Achse A durch den Stiftverbinder 104, um Luft durchzulassen, wie am besten in
Fig. 3B ersichtlich ist. Die Platte 102 hat eine Vielzahl von radial gleich beabstan
deten, ringförmigen, ausgebohrten Löchern oder Öffnungen 112, die in äquidistan
ter Position von der Achse A liegen und so bemessen sind, daß sie Schrauben und
Muttern 150 aufnehmen, wie am besten in den Fig. 8A und 8B ersichtlich ist. In
der bevorzugten Ausführung enthält die Platte 102 acht ausgebohrte Löcher 112,
die obere Öffnungsabschnitte 112A, die so bemessen sind, daß sie Bolzen 150
aufnehmen, und untere Ausnehmungen 112B haben, die am besten in den Fig.
3B und 8A zu sehen sind, und die so bemessen sind, daß sie Muttern 128 aufneh
men. Die unteren Ausnehmungen 112B stehen mit oberen Öffnungsabschnitten
112A in Verbindung, wodurch sich die unteren Abschnitte 112B zum Boden der
Platte 102 öffnen. Wie am besten in der Fig. 3A ersichtlich ist, sind längs des Au
ßenumfangs der Platte 102 Flansche 116 ausgebildet und definieren dadurch
Schlitze 118. Die Flansche 116 enthalten Mitnehmerflächen 120 für Antrieb im
Rechtslauf und Mitnehmerflächen 122 für Antrieb im Linkslauf.
Nun wird auf die Fig. 4A und 4B Bezug genommen, die den zentralen Abschnitt
200 am besten zeigen. Der zentrale Abschnitt 200 liegt zentral um die Achse A und
besteht aus einem ringförmigen Glied aus Elastomermaterial 202, einer oberen
Kupplungsplatte 204 und einer unteren Kupplungsplatte 206. Das Elastomerglied
202 hat eine obere Ringkante 208, eine untere Ringkante 210, eine zylindrische
Umfangsfläche 212 und eine zylindrische Innenfläche, die einen (nicht gezeigten)
Hohlraum definiert. Die obere Kupplungsplatte 204 hat eine obere, ebene Oberflä
che 218 und eine untere, ebene Oberfläche 220. Die untere Kupplungsplatte 206
hat eine obere, ebene Oberfläche 222 und eine untere, ebene Oberfläche 224. Die
Kupplungsplatten 204 und 206 sind bevorzugt aus Maschinenbaustahl hergestellt.
Die obere, ringförmige Kante 208 des elastischen Glieds 202 ist mit der unteren,
ebenen Oberfläche 220 der oberen Kupplungsplatte 204 verklebt. Die untere Ring
kante 210 des elastischen Glieds 202 ist mit der oberen, ebenen Fläche 222 der
unteren Kupplungsplatte 206 verklebt. Die obere Platte 204 und die Grundplatte
206 enthalten Muttern 128 mit angeschrägten Ober- und Unterseiten, die äquidi
stant um die Achse A und radial äquidistant zueinander angeordnet sind. Die Mut
tern 128 liegen in Öffnungen 129. In einer bevorzugten Ausführung haben die
Kupplungsplatten 204 und 206 jeweils acht Muttern 128, wodurch die Muttern 128
in der oberen Kupplungsplatte 204 fluchtend mit Öffnungen 112 in der Platte 102
der oberen Plattenbaugruppe 100 und die Muttern 128 fluchtend mit Öffnungen 410
in der Platte 402 der unteren Plattenbaugruppe 400 liegen, was nachstehend be
schrieben ist.
Wie am besten in den Fig. 4A, 4B, 8A und 8B zu ersehen ist, sind die Muttern
128 zylindrisch und haben eine Länge von annähernd des 2½ fachen der Dicke
der Kupplungsplatten 204 und 206, wobei die Platten bevorzugt zum Zwecke der
einfachen und wirtschaftlichen Herstellung die gleiche Dicke haben. Die Oberseite
der Mutter 128 hat eine angeschrägte Kante 130, und die Unterseite 132 der Mutter
128 eine schmalere angeschrägte Kante 134, die angeschweißt ist, um die Boh
rung 136 abzuschließen. Die Muttern 128 haben axiale Durchgangsbohrungen 136,
die mit einem Gewinde versehen sind. Die Muttern 128 sind mit Paßsitz in den Boh
rungen 129 aufgenommen. Die Muttern 128 liegen in und sind an den die Oberflä
che definierenden Bohrungen 129 in der oberen Kupplungsplatte 204 ange
schweißt, mit den Unterseiten 132 plan mit der unteren, ebenen Fläche 220. Die
Muttern 128 liegen in und sind an den die Oberfläche definierenden Bohrungen 129
in der unteren Kupplungsplatte 206 angeschweißt und liegen mit ihren Unterseiten
132 plan mit der oberen, ebenen Fläche 222 der Platte 206. Eine verhältnismäßig
dünne Scheibe 138 ist am Boden der Muttern angeschweißt und schließt dadurch
das innere Ende der Bohrung 136 ab.
Nun beziehen wir uns auf die Fig. 8A und 8B, in denen die Schraubbolzen 150
einen länglichen Gewindeschaft 152 und einen Schraubenkopf 154 haben.
Das im einzelnen in den Fig. 6A und 6B gezeigte Gehäuse 300 umfaßt einen
unteren Zylinderkörper 302, der einen ringförmigen unteren Rand 304 und darin
einen Hohlraum definiert. Vier nach oben stehende Lastarme oder Klauen 306 ra
gen vom Gehäuse 300 gegenüber dem unteren ringförmigen Rand 304 und nach
oben vom Zylinderkörper 302 in einer im allgemeinen parallel zur Achse A liegen
den Richtung. Die nach oben ragenden Arme 306 liegen längs des Umfangs des
Zylinderkörpers 302 in 90° Abstand relativ zueinander, sind deshalb längs des
Umfangs des Gehäuses 300 gleich beabstandet und haben obere Seitenkanten
308 mit darin angebrachten zylindrischen Bohrungen 310 mit Schraubgewinde. Zu
sätzlich enthält jeder nach oben ragende Arm 306 eine Mitnehmerfläche 312 für
Rechtslauf, die sich entlang seiner Längskante erstreckt, und eine Mitnehmerfläche
314 für Linkslauf, die sich längs seiner gegenüberliegenden Längskante erstreckt.
Bezogen auf die Fig. 7A und 7B umfaßt die untere Plattenbaugruppe 400 eine
allgemein flache kreisförmige Platte 402 und einen länglichen Rohrabschnitt oder
Muffenverbinder 404 mit Innengewinde, der sich nach unten längs der Achse A er
streckt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Muffenverbinder 404 mit dem Zen
trum der Platte 402 verschweißt und besteht aus Stahl aus der Typenreihe 41/40.
Der Muffenverbinder 404 hat eine zentral liegende, sich entlang der Achse A er
streckende Gewindebohrung 406. Die Bohrung 406 hat einen angeschrägten Ein
trittsabschnitt 406A und einen engen, geradlinigen internen Luftdurchlaß 406B.
Mehrere Öffnungen 410 sind radial um die Achse A in der Platte 402 angeordnet.
Die Öffnungen 410 sind kreisförmig und so dimensioniert, daß sie Muttern 128 und
Bolzen 150 aufnehmen. In einer bevorzugten Ausführung enthält die Platte 402
acht Öffnungen 410, die jeweils einen unteren Öffnungsabschnitt 410A und eine
obere Aussparung 410B haben, die miteinander in Verbindung stehen, wobei die
obere Aussparung 410B zur Oberseite der Platte 402 offen ist. Die acht Öffnungen
410 liegen fluchtend mit den Öffnungen 129 in der unteren Kupplungsplatte 206.
In einer bevorzugten Ausführung liegen die obere Plattenbaugruppe 100 und die
untere Plattenbaugruppe 400 axial fluchtend in Richtung der Achse A und in Verti
kalrichtung parallel zueinander.
In der bevorzugten Ausführung sind die Muttern 128, das Gehäuse 300 und die
Platten 102 und 402 aus einem weicheren Stahl hergestellt, als der Stahl, aus dem
der Stiftverbinder 104 und der Muffenverbinder 404 gemacht sind. Der weichere
Stahl wird nicht gehärtet und kann sich deshalb im Falle eines Hindernisses ver
formen. Dies trägt weiterhin zur Absorption des auftretenden Drehmoments bei,
wenn der Bohrmeißel klemmt, was nachstehend mehr im einzelnen beschrieben
wird, und reduziert die auf die Gewinde im Stiftverbinder 104 und dem Muffenver
binder 404 einwirkende Spannung.
Der Hubring 500 besteht, wie am besten in den Fig. 9A und 9B ersichtlich ist,
aus einem allgemein flachen, kreisförmigen Stahlring. Der Hubring 500 hat vier
Sätze 502 von Bohrungen, von denen jeder Satz 502 drei Bohrungen hat, die so
positioniert sind, daß sie mit den in den oberen lateralen Kanten 308 der nach oben
ragenden Arme 306 ausgebildeten Bohrungen 310 fluchten. Die Sätze 502 sind
deshalb mit einem 90°-Abstand relativ zueinander längs des Umfangs des Rings
500 angeordnet.
Nun wird Bezug genommen auf die Fig. 4B und 8A, die am besten die Bau
gruppe der Vorrichtung 10 zeigen. Der zentrale Abschnitt 200 wird in einem sepa
raten Prozeß hergestellt, bei dem ein ringförmiger Elastomerkörper 202 mit der
oberen Kupplungsplatte 204 aus Metall und der unteren Kupplungsplatte 206 aus
Metall verklebt und gehärtet wird, wobei die obere, ringförmige Kante 208 mit der
unteren, ebenen Fläche 220 der oberen Kupplungsplatte 204 verklebt und die unte
re, ringförmige Kante 210 mit der oberen, ebenen Fläche 222 der unteren Kupp
lungsplatte 206 verklebt wird. Die Muttern 128 liegen in den Öffnungen 129 der
Kupplungsplatten 204 und 206 und sind an dieser Stelle angeschweißt, wie oben
beschrieben wurde.
Bezogen auf die Fig. 8A und 8B fluchtet die obere Plattenbaugruppe 100 dann
mit dem zentralen Abschnitt 200, so daß die Bohrungen 112, die die unteren Aus
schnitte 112B haben, mit den Bohrungen 129 in der oberen Kupplungsplatte 204
fluchten, in welchen die Muttern 128 montiert sind. Die obere Plattenbaugruppe 100
ist auf die Kupplungsplatte 204 so angepaßt, daß die Muttern 128 in den Aus
schnitten 112B liegen. Die Schraubbolzen 150 werden in die Bohrungen 112A ge
steckt und in die Muttern 128 mittels der Gewinde 136 angeschraubt, um die obere
Plattenbaugruppe 100 an der oberen Kupplungsplatte 204 des zentralen Abschnitts
200 zu befestigen.
Die untere Plattenbaugruppe 400 wird in einem getrennten Vorgang am Gehäuse
300 angeschweißt, wie dies in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist. Wie die Fig. 8A
zeigt, fluchtet die untere Plattenbaugruppe 400 mit dem zentralen Abschnitt 200, so
daß die die oberen Ausschnitte 410B aufweisenden Bohrungen 410 mit den Boh
rungen 129 in der unteren Kupplungsplatte 206 fluchten, in der die Muttern 128
befestigt sind. In dieser Position liegen die oberen Abschnitte der nach oben ragen
den Arme 306 in den Schlitzen 118, die in der oberen Plattenbaugruppe 100 aus
gebildet sind. Die Plattenbaugruppe 400 greift an der Platte 206 so an, daß die
Muttern 128 in den Ausschnitten 410B liegen. Schraubbolzen 150 werden in die
Bohrungen 410A gesteckt und in die Muttern 128 zur Befestigung der unteren
Plattenbaugruppe 400 mit dem zentralen Abschnitt 200 eingeschraubt.
Schließlich wird der in den Fig. 9A und 9B gezeigte Ring 500 auf die oberen
Kanten 308 der nach oben ragenden Arme 306 gelegt, so daß die Bohrungen der
Sätze 502 mit den in Fig. 6A gezeigten Bohrungen 310 fluchten. Schraubbefesti
gungen 504 (siehe Fig. 10A) spannen den Ring 500 auf die Kanten 308 der Arme
306.
Nach dem Zusammenbau der Drehmomentsteuervorrichtung 10 wird sie auf der
Antriebswelle angebracht. Die Abtriebswelle der Rotationsbohrmaschine wird dann
angebracht. Die Antriebswelle hat ein mit einer Innenbohrung versehenes unteres
Ende, die den mit Außengewinde versehenen Teil des Stiftverbinders 104 der obe
ren Plattenbaugruppe 100 aufnimmt. Die Abtriebswelle hat ein mit einem Außen
gewinde versehenes oberes Ende, das von der Gewindebohrung 406 des Muffen
verbinders 404 der unteren Plattenbaugruppe 400 aufgenommen wird. Sobald die
Vorrichtung 10 an der Antriebswelle und der Abtriebswelle befestigt ist, funktioniert
sie als stoßabsorbierendes, vibrationsdämpfendes Kupplungsglied, das Drehmo
mente von der Antriebswelle zur Abtriebswelle überträgt.
Bezogen auf die Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E wird der Betrieb der
Drehmomentsteuervorrichtung 10 erläutert. In Fig. 10A befindet sich die Drehmo
mentsteuervorrichtung 10 in ihrer bevorzugten normalen Betriebsstellung. In dieser
Stellung liegen die nach oben ragenden Arme 306 in den Schlitzen 118, so daß die
Zentren der Arme 306 in einer vorgegebenen Distanz von den Mitnehmerflächen
120 der Flansche 116 für Rechtslauf und in einem vorgegebenen und geringen Ab
stand von den Mitnehmerflächen 122 für Linkslauf der Flansche 116 liegen. Wäh
rend des Normalbetriebs überträgt die Antriebswelle die Torsionskraft zur oberen
Plattenbaugruppe 100 direkt, wodurch das zentrale elastische Glied 200 gedreht
wird, welches seinerseits die untere Plattenbaugruppe 400 dreht. Die untere Platte
400 überträgt das Drehmoment und die Drehbewegung auf die Abtriebswelle oder
das Bohrrohr, das an seinem unteren Ende einen Bohrmeißel trägt.
Fig. 10B stellt eine typische Bohrsituation dar, bei der sich die Antriebswelle im
Uhrzeigersinn (Rechtslauf) dreht, wie ein Pfeil zeigt, und eine nach unten gerichtete
Kraft, wie ein Pfeil C zeigt, auf die Vorrichtung 10 ausübt und dadurch das Elasto
merglied 202 zusammendrückt. In der dargestellten Situation hat der Bohrmeißel in
einer Felsformation ein Hindernis erfahren oder ist festgeklemmt. Wenn dies auftritt,
hört die Abtriebswelle auf zu drehen oder verringert ihre Drehzahl und läßt dadurch
die untere Plattenbaugruppe 400 (nicht gezeigt) und das Gehäuse 300, das an der
Baugruppe 400 angeschweißt ist, anhalten oder verringert deren Drehzahl. Die
obere Plattenbaugruppe 100 wird jedoch nach wie vor von der Antriebswelle ange
trieben. Um die auf die Antriebswelle durch die Blockierung des Bohrmeißels ein
wirkenden Torsionskräfte zu verringern, verdrillt sich der ringförmige Elastomerkör
per 202 des zentralen stoß- und drehmomentabsorbierenden Teils 200 und ver
formt sich, um einen Teil der Torsionskraft aufzunehmen. Falls der ringförmige Ela
stomerkörper 200 zu sehr verdrillt wird, könnte er sich zu weit dehnen und eventuell
auseinanderreißen. Damit sich der Elastomerkörper 202 nicht zu weit verdrillt, sind
die Flansche 116 mit den Mitnehmerflächen 120 für Rechtslauf und das untere Ge
häuse 300 mit Armen 306 versehen, die die Mitnehmerflächen 314 haben. Wenn
der Elastomerkörper 202 um einen vorgegebenen Betrag verdrillt ist, kommen die
Mitnehmerflächen 120 für Rechtslauf mit den Abtriebs-Mitnehmerflächen 314 für
den Rechtslauf der nach oben ragenden Arme 306 zusammen. Sobald die Mitneh
merflächen 120 mit den Abtriebs-Mitnehmerflächen 314 in Kontakt kommen, treibt
die obere Plattenbaugruppe 100 direkt die untere Plattenbaugruppe 400 an und
verhindert dadurch, daß zusätzliche Torsionskraft auf den ringförmigen Elastomer
körper 202 einwirkt. Wenn der Bohrmeißel vom Hindernis freikommt, wird auch der
ringförmige Elastomerkörper 202 vom übermäßigen Drehmoment befreit, der Kör
per 202 kehrt in seine ursprüngliche Form zurück. Dieses führt auch die nach oben
ragenden Arme 306 in ihre ursprüngliche Position in den Schlitzen 118 zurück.
Die Fig. 10C stellt die Situation dar, bei der der Bohrer im Linkslauf zur Befreiung
des Bohrmeißels von einem Hindernis betrieben wird. Die Antriebswelle und die
Abtriebswelle werden im Linkslauf gedreht, wie ein Pfeil D darstellt, während eine
durch einen Pfeil C veranschaulichte Kraft nach unten auf die Vorrichtung 10 durch
die Antriebswelle aufgebracht wird, wodurch das Elastomerglied 202 zusammen
gedrückt wird. In dieser Situation wird, wenn der Bohrmeißel blockiert oder einge
klemmt wird, die Rotation im Linkslauf der unteren Plattenbaugruppe 400 (nicht ge
zeigt) und des Gehäuses 300 angehalten oder verlangsamt. Die obere Plattenbau
gruppe 100 wird von der Antriebswelle noch angetrieben und verdrillt den ringför
migen Elastomerkörper 202, bis die Mitnehmerfläche 122 für Linkslauf in Kontakt
mit den Abtriebs-Mitnehmerflächen 312 für Linkslauf der nach oben ragenden Arme
306 kommen. Sobald die Mitnehmerfläche 122 die Abtriebs-Mitnehmerfläche 312
berührt, treibt im Linkslauf die obere Plattenbaugruppe 100 direkt die untere Plat
tenbaugruppe 400 an und vermeidet damit, daß irgendeine zusätzliche Torsions
kraft auf den ringförmigen Elastomerkörper 202 einwirkt. Sobald der Bohrmeißel
vom Hindernis freikommt, nimmt der ringförmige Elastomerkörper 202 seine ur
sprüngliche Form wieder ein und dreht dadurch die nach oben ragenden Arme 306
in ihre ursprüngliche Position in den Schlitzen 118 zurück.
Die Fig. 10D stellt die Situation dar, bei der der Bohrer aus dem Sprengloch gezo
gen worden ist und im Linkslauf arbeitet, um die Schraubverbindungen aufzubre
chen und deshalb entgegengesetzt des Uhrzeigersinns gedreht wird. In dieser Si
tuation wirkt auf die Vorrichtung 10 von oben keine nach unten gerichtete Kraft ein.
Das Bohrrohr beinhaltet einen Ausbruchsschrauber, um die Abtriebswelle und die
(nicht gezeigte) untere Plattenbaugruppe 400 sowie das Gehäuse 300 in ihrer Ro
tation im Linkslauf zu stoppen. Die obere Plattenbaugruppe 100 wird noch von der
Antriebswelle angetrieben und verdrillt den ringförmigen Elastomerkörper 202, bis
die Mitnehmerflächen 122 für Linkslauf in Kontakt mit den Abtriebs-
Mitnehmerflächen 312 für Linkslauf der nach oben ragenden Arme 306 in Kontakt
kommen. Sobald die Mitnehmerflächen 122 in Kontakt mit den Abtriebs-
Mitnehmerflächen 312 kommen, treibt die obere Plattenbaugruppe 100 direkt die
untere Plattenbaugruppe 400 an und verhindert dadurch, daß der ringförmige Ela
stomerkörper 202 irgendwelche zusätzlichen Torsionskräfte erfährt. Die Mitneh
merfläche 122 für Linkslauf wird näher an der Abtriebs-Mitnehmerfläche 312 posi
tioniert, als die Mitnehmerflächen 120 für Rechtslauf an der Antriebs-
Mitnehmerfläche 312 liegt, so daß, wenn der Bohrer im Linkslauf arbeitet, weniger
Drehmoment nötig ist, damit die obere Plattenbaugruppe 100 direkt die untere
Plattenbaugruppe 400 antreiben kann. Dies erleichtert, die Gewinde längs der ge
samten Welle aufzubrechen, und erleichtert dadurch das Auseinandernehmen, das
heißt, erleichtert es, die Vorrichtung 10 von der Antriebswelle und vom Bohrrohr,
sobald die Vorrichtung aus dem Sprengloch herausgezogen wurde, abzudrehen.
Fig. 10E zeigt eine Situation, bei der die Vorrichtung aus dem Sprengloch heraus
gezogen wird, indem die Antriebswelle eine Hubkraft erfährt. Sowie diese Kraft die
Vorrichtung vom Bohrloch anhebt, dehnt sich der ringförmige Elastomerkörper 202
in der durch die Achse A definierten Richtung. Wenn sich der ringförmige Elasto
merkörper 202 um einen vorgegebenen Betrag gedehnt hat, kommt die flache,
kreisförmige Metallplatte 102 der oberen Plattenbaugruppe 100 in Kontakt mit dem
Hubring 500. Der Hubring 500 verhindert eine weitere Bewegung der Platte 102
und damit eine weitere Dehnung des ringförmigen Elastomerkörpers 202. In einer
bevorzugten Ausführung ist der Hubring 500 in vorgegebenem Abstand oberhalb
der Kreisplatte 102 positioniert.
Die obige Drehmomentsteuervorrichtung ist einfach aufgebaut und ökonomisch
herzustellen. Die Vorrichtung absorbiert das beim Einklemmen des Bohrmeißels
entstehende Drehmoment und verlängert dadurch die Lebensdauer des Bohrmei
ßels, der Antriebswelle und anderer Komponenten. Das Gehäuse und die obere
Platte haben eine Konstruktion, die die Größe der auf das elastische Glied einwir
kenden Kraft begrenzt, wodurch die Lebensdauer des elastischen Glieds verlängert
wird.
Obwohl die Erfindung nur in einer Ausführungsform dargestellt wurde, ist sie nicht
darauf beschränkt, sondern erlaubt verschiedene Änderungen und Modifikationen,
ohne von ihrem Kern abzuweichen.
Claims (9)
1. Drehmomentsteuervorrichtung (10) zur Verringerung schädlicher Drehmo
mente in einer stoßabsorbierenden, rotierenden Antriebskupplungseinheit zur
Verbindung eines Antriebsmittels mit einer Abtriebswelle einer rotierenden
Bergwerksbohrmaschine, wobei die Drehmomentsteuervorrichtung (10) auf
weist:
eine obere Plattenbaugruppe (100), die mit einer Antriebswelle der rotieren den Bohrmaschine verbindbar ist,
eine untere Plattenbaugruppe (400), die mit einer von der Antriebswelle ge drehten Abtriebswelle verbindbar ist,
ein stoß- und drehmomentabsorbierendes Glied (200), das an der oberen Plattenbaugruppe (100) und der unteren Plattenbaugruppe (400) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentsteuervorrichtung (10) Drehmomententlastungsglieder aufweist, die zur Ableitung des auf das stoß- und drehmomentabsorbierende Glied (200) wirkenden Drehmoments dienen und enthalten:
ein erstes Eingriffsglied, das mit der oberen Plattenbaugruppe (100) verbun den ist, und
ein zweites Eingriffsglied, das mit der unteren Plattenbaugruppe (400) ver bunden ist, wobei in Reaktion auf eine vorgegebene Größe des auf die untere Plattenbaugruppe (400) einwirkenden Drehmoments das erste Eingriffsglied in Berührung mit dem zweiten Eingriffsglied kommt und die obere Plattenbau gruppe (100) direkt die untere Plattenbaugruppe (400) antreibt.
eine obere Plattenbaugruppe (100), die mit einer Antriebswelle der rotieren den Bohrmaschine verbindbar ist,
eine untere Plattenbaugruppe (400), die mit einer von der Antriebswelle ge drehten Abtriebswelle verbindbar ist,
ein stoß- und drehmomentabsorbierendes Glied (200), das an der oberen Plattenbaugruppe (100) und der unteren Plattenbaugruppe (400) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentsteuervorrichtung (10) Drehmomententlastungsglieder aufweist, die zur Ableitung des auf das stoß- und drehmomentabsorbierende Glied (200) wirkenden Drehmoments dienen und enthalten:
ein erstes Eingriffsglied, das mit der oberen Plattenbaugruppe (100) verbun den ist, und
ein zweites Eingriffsglied, das mit der unteren Plattenbaugruppe (400) ver bunden ist, wobei in Reaktion auf eine vorgegebene Größe des auf die untere Plattenbaugruppe (400) einwirkenden Drehmoments das erste Eingriffsglied in Berührung mit dem zweiten Eingriffsglied kommt und die obere Plattenbau gruppe (100) direkt die untere Plattenbaugruppe (400) antreibt.
2. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Drehmomententlastungsglieder ein mit der oberen (100) oder
unteren Plattenbaugruppe (400) verbundenes Gehäuse (300) umfassen, wel
ches das erste oder zweite Eingriffsglied aufweist, und mit der anderen Plat
tenbaugruppe (100) verbundene Flanschglieder (116), die das andere der
Eingriffsglieder aufweisen.
3. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß das zweite Eingriffsglied einen oder mehrere vom Gehäuse (300)
vorstehende längliche Arme (306) umfaßt.
4. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentsteuervorrichtung (10)
weiterhin ein Zugkraftentlastungsglied aufweist, das mit der unteren Platten
baugruppe (400) verbunden ist und einen über der oberen Plattenbaugruppe
(100) montierten Abschnitt hat, der operativ mit der unteren Plattenbaugruppe
(400) verbunden ist, wobei die obere Plattenbaugruppe (100) in Reaktion auf
eine vorgegebene, auf dieselbe einwirkende Hubkraft das Zugkraftentla
stungsglied berührt und in ihrer weiteren Aufwärtsbewegung begrenzt wird.
5. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß das Zugkraftentlastungsglied mit den nach oben ragenden Armen
(306) verbunden ist.
6. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Zugkraftentlastungsglied ein kreisförmiger Hubring (500) ist.
7. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die obere Plattenbaugruppe (100) eine flache Kreisscheibe (102) mit
einem, mit einem Außengewinde versehenen, daran befestigten Stiftverbinder
(104) enthält, welcher einen äußeren Abschnitt (108) mit dem Gewinde hat,
wobei damit ein mit einem Innengewinde versehenes Ende der Antriebswelle
kraftschlüssig verbunden ist, und bei der die untere Plattenbaugruppe (400)
eine flache Kreisscheibe (402) mit einem daran befestigten, mit einem Innen
gewinde (406) versehenen Muffenverbinder (404) hat, welcher eine Gewinde
bohrung (406) hat, in die ein mit Außengewinde versehenes Ende der Ab
triebswelle kraftschlüssig in der Bohrung (406) des Muffenverbinders (404)
aufgenommen ist.
8. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß die obere Plattenbaugruppe (100) und die untere Plattenbaugruppe
(400) aus Stahl bestehen, der den Stiftverbinder (104) bildende Stahl härter ist
als der die flache Kreisscheibe (102) der oberen Plattenbaugruppe (100) bil
dende Stahl, und der den Muffenverbinder (404) bildende Stahl härter ist als
der die flache Kreisscheibe (402) der unteren Plattenbaugruppe (400) bilden
de Stahl.
9. Drehmomentsteuervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare, stoßabsorbierende Mate
rial (200) ein ringförmiger Körper aus Elastomermaterial ist.
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