DE19503181C2 - Drehmomentsteuervorrichtung für eine rotierende Bergwerksbohrmaschine - Google Patents

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.

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.