DE2920139C2

DE2920139C2 - Schlagbohrstange

Info

Publication number: DE2920139C2
Application number: DE19792920139
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. Dr. 4350 Recklinghausen Kluge
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE2920139A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrstange zum Schlagbohren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Bohrstangen finden im Untertagebergbau und Tunnelbau vor allem zur Herstellung von Sprengschüssen Verwendung. Dabei wird die Bohrstange von einem schlagenden oder drehschlagenden Bohrwerkzeug bewegt. Die Bohrstange sitzt üblicherweise mit einem Einsteckende in der Bohrmaschine. Am anderen Ende besitzt die Bohrstange einen oder mehrere, ggf. auf einer abnehmbaren Bohrkrone befindliche Schneiden. Mit den Schneiden arbeiten die Bohrstangen in das Gestein.

Die Bohrarbeit bzw. Schlagbohrarbeit ist mit einer außerordentlich starken Lärmentwicklung verbunden. Druckluft-Bohrhämmer aller Gewichtsklassen erzeugen Untertage je nach dem Druck des Antriebsmittels,

ίο Fabrikat, Refiektionsverhältnissen und Anzahl der gleichzeitig verwendeten Hämmer Schallpegel bis 120 dB (A). Zur Vermeidung von Gehörschäden müssen daher Gehörschutzmittel verwendet werden, die mindestens 30 dB (A) dämpfen. Dies ist nur mit Kapselgehör-Schützern schwerer Bauart möglich. Solche Gehörschützer über einen hohen Druck auf die Schädelknochen aus und werden von der Belegschaft nur selten angenommen. Gehörschutzwatte und formbare Stöpsel aus Schaumstoff sind dagegen auch bei mehrstündigem Gebrauch weitaus weniger lästig. Sie werden von der Belegschaft bevorzugt Die Dämmwirkung des leichten Gehörschutzes reicht jedoch nicht aus, Bohrhammerlärm von 120 dB (A) auf ein gehörunschädliches Maß zu senken.

Seit langem bestehen daher Bemühungen, den auftretenden Bohrlärm zu mindern. Einer der beschrittenen Wege ist die Verringerung des Abluftlärms von druckluftbetriebenen Bohrmaschinen. Durch diese Bemühungen konnte die Lärmimmission zwar gesenkt werden, 100 dB (A) wurden jedoch nicht erreicht.

Versuche mit wechselweisem Isolieren von Hammer, Bohrstange und Bohrloch zeigen, daß die Bohrstange als dominierende Schallquelle in Erscheinung tritt. Durch Isolieren der Einzelschallquellen läßt sich feststellen, daß die Höhe des Bohrlärms von der Schallabstrahlung der Bohrstange bestimmt wird. Der vom Bohrblock ausgehende Körperschall ist von untergeordneter Bedeutung.
Zur Beseitigung des Körperschalls von Bohrstangen sind verschiedene Lösungen bekannt. Die meisten Lösungen basieren auf einer Umhüllung der Bohrstange mit Gummi oder dergleichen, wobei diese Umhüllung einen mehr oder weniger ausgedehnten Bereich der Gesamtlänge der Bohrstange umfassen kann und meistens noch von einer äußeren — vorzugsweise metallischen — Hülse umschlossen ist — wie es beispielsweise in der DE-AS 1197 399, der DE-AS 12 88 999, der DE-AS 24 54 784, der DE-OS 26 02 021, der DE-OS 28 51 160, der DE-OS 29 26 449 oder auch der US-PS 36 62 855, der US-PS 38 19 168, der US-PS 38 42 942 oder der US-PS 39 26 265 offenbart ist. Statt einer Umhüllung mit Gummi oder entsprechenden elastischen Kunststoffen ist einerseits auch die Verwendung von gekapselten Flüssigkeiten — wie in der DE-OS 26 45 205 offenbart — bekannt und andererseits diejenige reiner Metallhülsen, wie beispielsweise in der DE-OS 26 53 063 dargestellt.

Alle diese Lösungen dienen der Aufgabe, die Abslrahlung einmal in der Bohrstange entstandener — vor allern akustischer — Schwingungen einzuschränken. Sie bewirken dies, indem die jeweils angebrachten Dämpfungsmittel die ursprünglich in die Bohrstange eingeleitete Stoß- bzw. Schlagenergie absorbieren. Das bedeutet jedoch, daß diese Lärmschutzmaßnahmen einerseits die Bohrleistung beeinträchtigen, andererseits aber die absorbierte Energie in Wärme umsetzen. Die Wärmeentwicklung verringert jedoch die Lebensdauer der vorgenannten Dämpfungsmittel — mit Ausnahme der me-

tallischen Umhüllung gemäß DE-OS 26 53 063 — erheblich. Die metallische Umhüllung erhöht dafür das Gewicht der gesamten Bohranordnung merklich und beeinträchtigt damit die Handhabbarkeit derselben in äußerst nachteiliger Weise.

Den umgekehrten Weg zur Schalldämpfung geht die Lösung gemäß der DE-OS 29 27 134. Hier wird durch eine Beschichtung bzw. Auskleidung des im Inneren einer Bohrstange angeordneten Spülkanals die Ausbildung von — vor allem akustischen — Schwingungen der Bohrstange eingeschränkt, dafür jedoch die Abstrahlung der trotzdem entstandenen Schwingungen von der Bohrstange unbeeinflußt gelesen.

Andererseits ist es aus dem DE-GM 75 06 584 und der BE-PS 5 07 310 bekannt zur Dämpfung der Drehmomentübertragung zwischen Bohrwerkzeug und Bohrer bzw. Bohrhammer und Bohrstange auf dem Einsteckende des Bohrers bzw. anstelle des gewöhnlich vor dem Einsteckende einer Bohrstange angebrachten Schlagbundes eine ringförmige Einfassung aus Kunststoff zu verwenden, die von — vorzugsweise metallischen — Wärmeieitbrücken zwischen Einsteckende des Bohrers bzw. der Bohrstange und ihrer eigenen Oberfläche unterbrochen wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr die Aufgäbe gestellt, wirksame Lärmdämpfung der Bohrstange dadurch zu erreichen, daß die vor, der Bohrstange aufgenommene Stoß- bzw. Schlagenergie unmittelbar in Form von Wärme an die Umwelt abgegeben und die Abstrahlung noch verbleibender akustischer Schwingungsenergie gleichzeitig weitgehend verhindert wird. Nach der Erfindung wird das durch die Anbringung von Zusatzmassen auf den Bohrstangen gemäß der kennzeichnenden Lehre des Anspruchs 1 erreicht. Durch die Zusatzmassen wird der mechanische Bewegungswiderstand (mechanische Eingangsimpedanz) gegen eine senkrechte, punktförmig angreifende Wechselkraft beeinflußt. Die mechanische Eingangsimpedanz wird darüber hinaus durch die Erreger-Kraft und die Erreger-Schnelle am Anregepunkt in Kraftrichtung bestimmt. Die mechanische Eingangsimpedanz im komplex, da die Schnelle am Kraftangriffspunkt gegenüber der Kraft phasenverschoben ist. Der Realteil und der Imaginärteil dieses komplexen Verhaltens sind Funktionen der Kreisfrequenz. Die mechanische Impedanz kann dadurch gemessen werden, daß das System über einen elektrodynamischen Schwingungserreger mit sinusförmigen Wechselkräften veränderlicher Frequenz zum Schwingen angeregt und die anregende Kraft und Schnelle gemessen wird. Dabei kann es technisch wenigcr aufwendig sein, die Beschleunigung statt der Schnelle zu registrieren.

Ein Messen der mechanischen Impedanz erübrigt sich nach der Erfindung jedoch, indem an den entsprechenden Krafteinleitungsstellen der mittlere Verlauf der mechanischen Eingangsimpedanz im interessierenden Frequenzbereich, der meistens zwischen 100 Hz und 3 kHz liegt, um die Größenordnung von etwa einer Zehnerpotenz erhöht wird. Wahlweise läßt sich die erfindungsgemäße Impedanzbeeinflussung noch dadurch erleichtern, daß an den Bohrstangen in einheitlichen Abständen einheitliche Zusatzmassen vorgesehen sind.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 — eine schematisch dargestellte Bohrstange,

F i g. 2a, 2b und 2c — einen Schnitt entlang der Linie A-B, durch verschiedene in Fig. 1 schematisch vereinheitlichte Bohrstangen.

Nach Fig. 1 werden die erfindungsgemäßen Bohrstangen 4 aus Ausgangsmaterial gefertigt, das einen gleichbleibenden Querschnitt besitzt Solch ein Ausgangsmaterial erleichtert wesentlich die Herstellung.

Auf dem mit 1 bezeichneten Einsteckende der Bohrstange für das Bohrgerät ist eine Zusatzmasse 13 montiert. Vor der Zusatzmasse 13 befindet sich eine Beschichtung 12 als Synthesekautschuk.

Zwischen der Zusatzmasse 13 und der Bohrstangenspitze ist die Bohrstange abwechselnd mit Zusatzmassen 3 und Beschichtungen 2 versehen. Die Zusatzmassen 3 sind in gleichem Abstand voneinander angeordnet wobei auch zwischen der Zusatzmasse 13 und der benachbarten Zusatzmasse 3 gleicher Abstand vorgesehen ist. Der Zwischenraum zwischen jeweils zwei benachbarten Zusatzmassen 3 bzw. zwischen der Zusatzmasse 13 und der unmittelbar benachbarten Zusatzmasse 3 ist mit der Beschichtung 2 vollständig ausgefüllt. Die Beschichtung 2 besteht wie die Beschichtung 12 aus Synthesekautschuk. Als Beschichtungen eignen sich besonders groß stabilisierte Polyamide, die zugleich flammhämmend und antistatisch sind. Thermoplastische Kunststoffe sind vorteilhaft weil sie stoßfest und dynamisch belastbar sind. Zu derartigen Kunststoffen zählen beispielsweise Polyurethane, Polyphenylchloride und Polyacetate.

Der Querschnitt der Bohrstange 4 ist — wie in Fig.2b dargestellt — wahlweise rund oder nach F i g. 2a als Sechskant oder nach F i g. 2c elliptisch ausgebildet. Die Zusatzmassen 3 besitzen eine Hülsenform und kreisringförmigen Querschnitt. Die Zusatzmassen 3 werden fest auf der Bohrstange 4 montiert. Das geschieht beispielsweise durch Aufschrumpfen, Dazu besitzen die Zusatzmassen 3 das gleiche Innenmaß oder ein geringfügig kleineres Innenmaß als das Außenmaß der Bohrstange 4. Nach Erwärmung und damit verbundener radialer Wärmedehnung lassen sich die hülsenförmigen Zusatzmassen 3 leicht auf die Bohrstange 4 aufschieben. Nach Erkalten umschließen die Zusatzmassen 3 die Bohrstange unverrückbar. Entsprechendes gilt für ein Aufschrumpfen der Zusatzmassen 13.

Die Beschichtung 2 mit Synthesekautschuk wird vorzugsweise aufvulkanisiert. Das heißt die Bohrstange mit den vormontierten Zusatzmassen 3 und 13 wird in einer geeigneten Form mit flüssigem Synthesekautschuk umgössen. Bei Bohrstangenquerschnitten, die wie die Querschnitte nach Fig.2a, 2c den Innenraum der hülsenförmigen Zusatzmassen 3 nur teilweise ausfüllen, läuft der flüssige Synthesekautschuk in den Zwischenraum zwischen Zusatzmasse 3 und Bohrstange 4.

Die Beschichtung 12 wird in gleicher Weise wie die Beschichtungen 2 angeformt.

Alle Beschichtungen 2 bewirken wie die Zusatzmassen 3 eine Lärmminderung. Das gilt auch für die Beschichtung 12 und die Zusatzmasse 13 am Einsteckende 1 der Bohrstange 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrstange zum Schlagbohren, insbesondere im Untenageeinsatz und im Tunnelbau, auf der eine die Bohrstange am Einsteckende umschließende Längskräfte aufnehmende metallische Zusatzmasse angeordnet ist, wobei zwischen einzelnen metallischen Zusatzmassen lärmdämpfende Beschichtungen auf die Bohrstange aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstange (4) zwischen der am Einsteckende (1) angeordneten, Längskräfte aufnehmenden Zusatzmasse (13) und der Bohrstangenspitze abwechselnd mit hülsenförmigen, fest auf der Bohrstange (4) montierten Zusatzmassen (3) und Beschichtungen (2) versehen ist

2. Bohrstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Beschichtungen (2) abwechselnden Zusatzmassen (3) in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Bohrstange (4) angeordneten Zusatzmassen (3) gleich ausgebildet sind.

4. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmassen (3) auf die Bohrstange (4) aufgeschrumpft sind.

5. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den einzelnen Zusatzmassen (3) vollständig mit Beschichtungen (2) ausgefüllt ist.

6. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einsteckendenseitig der Längskräfte aufnehmenden Zusatzmasse (13) eine weitere Beschichtung (12) auf die Bohrstange (4) aufgebracht ist.

7. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmassen (3,13) ebenfalls von einer Beschichtung (2) umgeben sind.

8. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (2) zusätzlich in zwischen den Zusatzmassen (3) und der Bohrstange (4) bestehende Freiräume eingebracht ist.

9. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen (2, 12) den gleichen Außendurchmesser aufweisen wie die Zusatzmassen (3,13).

10. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen (2, 12) auf die Bohrstange (4) aufvulkanisiert sind.

11. Bohrstange nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen (2, 12) aus Kunststoff bestehen.

12. Bohrstange nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein synthetischer Kautschuk ist.