DE29513580U1 - Vibration damper for a deep drilling machine - Google Patents
Vibration damper for a deep drilling machineInfo
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Datum/Date 23. August -1985Date 23 August -1985
BURGSMÜLLER GmbHBURGSMÜLLER GmbH
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tiefbohrmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a deep drilling machine according to the preamble of claim 1.
Bei Tiefbohrmaschinen bildet bekanntlich das Bohrrohr das biege- und torsionsweichste Konstruktionselement, welches durch den Bohrprozeß zu Biege- und Torsionsschwingungen angeregt werden kann. Diese über die Schallabstrahlung der Tiefbohrmaschine erkennbaren Schwingungen haben neben einem frühzeitigen Werkzeugverschleiß auch eine Verschlechterung des Energieumsatzes des Bohrwerkzeugs zur Folge. Zur Bekämpfung dieser Schwingungen sind Schwingungsdämpfer bekannt, die das Bohrrohr außenseitig umfassen und in Dämpferlünetten eingesetzt sind, die entlang des Bohrrohres verschiebbar angeordnet sind, wobei die Plazierung der Dämpferlünette entlang des Bohrrohres im Bereich eines Schwingungsbau-As is well known, the drill pipe is the most flexible structural element in deep drilling machines, and can be excited to bending and torsional vibrations by the drilling process. These vibrations, which can be detected via the sound radiation of the deep drilling machine, not only lead to premature tool wear but also to a deterioration in the energy conversion of the drilling tool. To combat these vibrations, vibration dampers are known which surround the outside of the drill pipe and are inserted into damper lunettes which are arranged so that they can be moved along the drill pipe, whereby the damper lunette is placed along the drill pipe in the area of a vibration structure.
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PS/K/NPS/K/N
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Ol ches angestrebt wird, um eine optimale Dämpfungswirkung zu erzielen.Ol ches is aimed at in order to achieve an optimal damping effect.
Das Wesen der bekannten Schwingungsdämpfer besteht in einer, das Bohrrohr koaxial umgebenden, außenseitig zylindrischen, in einem Gehäuse drehbar gelagerten Schwingmasse, die mittels eines aus Kunststoff bestehenden Dämpfungskörpers an die Außenseite des Bohrrohres angekoppelt ist. Der Dämpfungskörper weist eine Außenfläche auf, die zu einer Stirnseite hin einen konischen Verlauf aufweist und die mit einer komplementär konisch ausgebildeten Innenfläche der Schwingmasse in Berührung steht. Die Innenfläche des Dämpfungskörpers ist zylindrisch glatt ausgebildet und liegt unmittelbar an dem Bohrrohr an, so daß durch axiale Verschiebung des Dämpfungskörpers relativ zu der Schwingmasse sowie dem Bohrrohr ein mehr oder weniger starker Verformungszustand des Dämpfungskörpers sowie hiermit zusammenhängende unterschiedliche elastische und Dämpfungseigenschaften erreichbar sind. Die Schwingmasse und das Bohrrohr bilden in Verbindung mit dem Dämpfungskörper, über welchen sie in Verbindung stehen, ein schwingfähiges System. Durch Verformung des Dämpfungskörpers wird der Kopplungszustand zwischen der Schwingmasse und dem Bohrrohr verändert und es kann auf diese Weise den, das Schwingungsverhalten maßgeblich bestimmenden Einflüssen mit Hinblick auf eine optimale Dämpfung Rechnung getragen werden. Mittels zweier, beiderseits der Schwingmasse angeordneter, hydraulisch betätigbarer Ringkolben, die bei Druckbeaufschlagung einander entgegengerichtete, hier in Richtung auf eine radiale Mittelebene der Anordnung hin gerichtete Bewegungen ausführen, kann der Verformungszustand des Dämpfungskörpers stufenlos nach Maßgabe der Differenz der die Ringkolben beaufschlagenden Drücke eingestellt werden. Die Ringkolben wirkenThe essence of the known vibration dampers consists of a vibrating mass that coaxially surrounds the drill pipe, is cylindrical on the outside and rotatably mounted in a housing and is coupled to the outside of the drill pipe by means of a damping body made of plastic. The damping body has an outer surface that has a conical shape towards one end and that is in contact with a complementary conical inner surface of the vibrating mass. The inner surface of the damping body is cylindrical and smooth and lies directly against the drill pipe, so that a more or less strong deformation state of the damping body and associated different elastic and damping properties can be achieved by axially displacing the damping body relative to the vibrating mass and the drill pipe. The vibrating mass and the drill pipe form an oscillating system in conjunction with the damping body via which they are connected. By deforming the damping body, the coupling state between the oscillating mass and the drill pipe is changed and in this way the influences that determine the vibration behavior can be taken into account with regard to optimal damping. By means of two hydraulically actuated ring pistons arranged on either side of the oscillating mass, which, when pressure is applied, carry out movements in opposite directions, here directed towards a radial center plane of the arrangement, the deformation state of the damping body can be adjusted continuously according to the difference in the pressures acting on the ring pistons. The ring pistons act
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Ol jeweils über axial gerichtete Wälzlager auf Druckringe ein, die unmittelbar stirnseitig mit dem Dämpfungskörper in Berührung stehen. Ein solcher Schwingungsdämpfer ist beispielsweise aus dem Prospektblatt "Anleitung Hydr.-Schwingungsdämpfer", Ausgabedatum 31.08.1994, der Firma Burgsmüller GmbH, 30625 Hannover bekannt.Oil is applied to pressure rings via axially directed roller bearings, which are in direct contact with the damping body on the front side. Such a vibration damper is known, for example, from the brochure "Instructions for hydraulic vibration dampers", issue date 31.08.1994, from Burgsmüller GmbH, 30625 Hanover.
Nachdem der außenseitig konische Dämpfungskörper bei diesen bekannten Schwingungsdämpfern stirnseitig zwischen den genannten Druckringen eingespannt ist, ist ein Austausch desselben nur durch eine völlige einseitige Demontage des Systems aus Ringkolben und Druckring möglich. Zur Einstellung eines bestimmten Verformungszustands wird der, vom Bohrrohrdurchmesser sowie von sonstigen Parametern des Bohrprozesse abhängige Differenzdruck ermittelt, welcher für die zur Erzielung einer bestimmten Verspannung erforderliche Relativbewegung des Dämpfungskörpers gegenüber der Schwingmasse notwendig ist. Zur Aufhebung des Ankopplungszustand des Dämpfungskörpers an dem Bohrrohr muß durch entsprechende Beaufschlagung der Druckräume der beiden Ringkolben dafür Sorge getragen werden, daß der Dämpfungskörper nunmehr in Gegenrichtung relativ zu der Schwingmasse - seinen Verformungszustand abbauend - bewegt wird, bis der Kopplungszustand mit dem Bohrrohr aufgehoben ist. Der Vorgang des Spannens und Lösens des Dämpfungskörpers gestaltet sich hiernach vergleichsweise aufwendig, führt oft nicht zu reproduzierbaren Ergebnissen und erfordert ein hohes Maß an Sorgfalt und praktischer Erfahrung.Since the externally conical damping body in these known vibration dampers is clamped between the pressure rings mentioned, it can only be replaced by completely dismantling the system of ring piston and pressure ring on one side. To set a certain deformation state, the differential pressure is determined, which depends on the drill pipe diameter and other parameters of the drilling process and is necessary for the relative movement of the damping body with respect to the oscillating mass required to achieve a certain tension. To remove the coupling state of the damping body to the drill pipe, it must be ensured by appropriately applying pressure to the pressure chambers of the two ring pistons that the damping body is now moved in the opposite direction relative to the oscillating mass - reducing its deformation state - until the coupling state with the drill pipe is removed. The process of tightening and loosening the damping body is comparatively complex, often does not lead to reproducible results and requires a high degree of care and practical experience.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungsdämpfer der eingangs bezeichneten Art dahingehend auszugestalten, daß bei einfacher Montier- und Demontierbarkeit des Dämpfungskörpers dessen Spann- und Lösevorgang vereinfacht ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einemIt is the object of the invention to design a vibration damper of the type described above in such a way that the clamping and releasing process of the damping body is simplified while the damping body can be easily assembled and disassembled. This object is achieved in a
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Ol gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.Ol generic vibration damper by the features of the characterizing part of claim 1.
Erfindungswesentlich ist hiernach ein zu einer radialen Mittelebene symmetrischer Aufbau des Dämpfers, wobei diese Symmetrie die Schwingmasse, die beiderseits der Mittelebene angeordneten Druckringe, die Spannbuchse und die Dämpfungsbuchse betrifft, welche letztere als zylindrischer, das Bohrrohr umgebender Körper ausgebildet ist. Die im Durchmesser verringerbare Spannbuchse weist außenseitig bezüglich der Mittelebene symmetrische, sich in Richtung auf die stirnseitigen Enden hin konisch verjüngende Flächen auf, die mit zugekehrten Innenflächen der Druckringe in Wirkverbindung stehen, so daß durch symmetrische, in Richtung auf die Mittelebene hin erfolgende Verschiebung der Druckringe eine bezüglich der Mittelebene symmetrische Verformung der Spannbuchse und insgesamt eine - entlang ihrer Achse gesehen gleichförmige radiale Verformung der Dämpfungsbuchse gegeben ist. Die Dämpfungsbuchse, die Spannbuchse, das System der Druckringe und die Schwingmasse bilden somit eine ineinandergesteckte, zueinander koaxiale Anordnung, die einen zentralen, zur Durchführung des Bohrrohres bestimmten Hohlraum umschließt. Die Spannbuchse ragt einwärts in diesen Hohlraum hinein und es steht der Dämpfungskörper mit der Spannbuchse in lösbarer Verbindung. Der Dämpfungskörper ist derart an der Spannbuchse befestigbar, daß ersterer ohne Demontage weiterer Strukturelemente des Schwingungsdämpfers austauschbar ist. Die Spannbuchse steht mit der Schwingmasse in einer vorzugsweise formschlüssig wirksamen Drehverbindung, so daß die, über das Bohrrohr übertragene Schwingungsenergie in der Form von Torsionsschwingungen im wesentlichen über die Dämpfungsbuchse dissipiert wird. Der insgesamt symmetrische Aufbau der Anordnung hat einfach zu führen-According to this, the essential feature of the invention is a damper structure that is symmetrical to a radial center plane, whereby this symmetry affects the oscillating mass, the pressure rings arranged on both sides of the center plane, the clamping bush and the damping bush, the latter being designed as a cylindrical body that surrounds the drill pipe. The clamping bush, which can be reduced in diameter, has surfaces on the outside that are symmetrical to the center plane and that taper conically towards the front ends, which are in operative connection with the facing inner surfaces of the pressure rings, so that symmetrical displacement of the pressure rings towards the center plane results in a deformation of the clamping bush that is symmetrical to the center plane and overall a uniform radial deformation of the damping bush - seen along its axis. The damping bush, the clamping bush, the system of pressure rings and the oscillating mass thus form a nested, coaxial arrangement that encloses a central cavity intended for the passage of the drill pipe. The clamping bush projects inwards into this cavity and the damping body is detachably connected to the clamping bush. The damping body can be attached to the clamping bush in such a way that the former can be replaced without dismantling other structural elements of the vibration damper. The clamping bush is in a preferably positively effective rotary connection with the oscillating mass, so that the vibration energy transmitted via the drill pipe in the form of torsional vibrations is essentially dissipated via the damping bush. The overall symmetrical structure of the arrangement is easy to manage.
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Ol de Bewegungen der Druckringe, eine demzufolge einfache Betätigung, sowie gleichförmige Verformungsverhältnisse beim Spannen und Lösen der Dämpfungsbuchse zur Folge.Ol de movements of the pressure rings, a consequently simple operation, as well as uniform deformation conditions when tightening and releasing the damping bush.
Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 sind auf die Führung sowie Betätigung der Druckringe gerichtet. Diese sind hiernach in einer Richtung, nämlich in Richtung auf die Mittelebene hin über ein Druckfluid betätigbar und unterliegen in dieser Richtung der Gegenwirkung einer Druckfeder, über welche die erforderliche Rückstellbewegung nach Druckentlastung einleitbar ist. Die axial verschiebbaren Druckringe stehen im übrigen über Führungsbolzen mit der Schwingmasse in verdrehschlüssiger Verbindung, wobei diese Führungsbolzen im übrigen die genannten axialen Bewegungen der Druckringe ermöglichen. Neben der Schwingmasse sind somit gleichermaßen die sich mit dieser synchron bewegenden Massen der Druckringe nebst der Spannbuchse über die Dämpfungsbuchse zu Torsionsschwingungen anregbar.The features of claims 2 to 4 are directed at the guidance and actuation of the pressure rings. These can be actuated in one direction, namely in the direction of the central plane, using a pressure fluid and are subject to the counteraction of a pressure spring in this direction, via which the required return movement can be initiated after pressure relief. The axially displaceable pressure rings are also connected to the oscillating mass via guide bolts in a rotationally locked manner, whereby these guide bolts also enable the axial movements of the pressure rings mentioned. In addition to the oscillating mass, the masses of the pressure rings and the clamping bush, which move synchronously with it, can thus be excited to torsional vibrations via the damping bush.
Zur Realisierung einer Drehverbindung zwischen der Schwingmasse einerseits und der Spannbuchse andererseits sind eine Reihe von Mitnehmerbolzen vorgesehen, die mit der Schwingsmasse beispielsweise in Schraubverbindung bestehen und formschlüssig in entsprechende zugekehrte Bohrungen der Spannbuchse eingreifen.To create a rotary connection between the oscillating mass on the one hand and the clamping bush on the other, a series of driving pins are provided, which are connected to the oscillating mass, for example by screw, and engage in a form-fitting manner in corresponding facing holes in the clamping bush.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 erfolgt die Betätigung der Druckringe über Ringkolben, die ausschließlich axial verschiebbar sind und deren Axialkraft über axial orientierte Wälzlager auf die Druckringe übertragen wird. Die Ringkolben sind in entsprechenden ringzylinderartigen Aufnahmen geführt und es werden deren jeweilige Druckräume zwecks Verschiebung der Ringkolben stets gleichförmig beaufschlagt. Die erforderliche Rückstell-According to the features of claim 6, the pressure rings are actuated by ring pistons, which can only be moved axially and whose axial force is transmitted to the pressure rings via axially oriented roller bearings. The ring pistons are guided in corresponding ring-cylinder-like receptacles and their respective pressure chambers are always uniformly pressurized in order to move the ring pistons. The required reset
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Ol kraft wird über die eingangs bereits genannten Druckfedern aufgebracht, die über die Druckringe auf die Ringkolben einwirken.Oil force is applied via the compression springs already mentioned above, which act on the ring pistons via the pressure rings.
Die Schwingmasse weist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 in ihrem mittleren Bereich einen Ringkörper auf, der Bohrungsabschnitte aufweist, welche außenseitige Führungsflächen zur Führung der Druckringe bilden. Diese Führungsflächen enden im Bereich eines mittleren Ringsteges, der an den genannten Ringkörper radial innenseitig angeformt ist. Die Druckringe weisen hierbei außenseitig zylindrische Flächen auf, die mit den genannten Führungsflächen zusammenwirken.According to the features of claim 7, the oscillating mass has an annular body in its central region, which has bore sections that form external guide surfaces for guiding the pressure rings. These guide surfaces end in the region of a central ring web that is formed radially on the inside of the said annular body. The pressure rings have cylindrical surfaces on the outside that interact with the said guide surfaces.
Die entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgesehene radial innenseitige Ausnehmung des Systems aus den Druckringen und dem Ringsteg dient der Aufnahme der Spannbuchse, wobei die Ausnehmung vorzugsweise derart ausgelegt ist, daß sich beiderseits der Spannbuchse ein axiales Spiel ergibt.The radially inner recess of the system comprising the pressure rings and the ring web provided in accordance with the features of claim 8 serves to accommodate the clamping bush, wherein the recess is preferably designed in such a way that an axial play is produced on both sides of the clamping bush.
Über Ringnuten entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 9 und einen in diese eingesetzten Sprengring wird die Dämpfungsbuchse axial innerhalb der Spannbuchse fixiert, wobei nach Lösen dieses Sprengringes oder eines vergleichbaren Funktionselements die Dämpfungsbuchse axial aus dem Schwingungsdämpfer entfernbar ist.The damping bushing is fixed axially within the clamping bushing via ring grooves corresponding to the features of claim 9 and a snap ring inserted into them, whereby after loosening this snap ring or a comparable functional element, the damping bushing can be axially removed from the vibration damper.
Die Dämpfungsbuchse ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 10 vorzugsweise längsgeteilt ausgebildet, so daß ihre Montage auf ein Bohrrohr bedeutend erleichtert wird .The damping bushing is preferably designed to be split lengthwise in accordance with the features of claim 10, so that its assembly onto a drill pipe is made significantly easier.
Die Spannbuchse ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 geschlitzt ausgebildet und auf diese WeiseThe clamping bush is designed to be slotted according to the features of claim 11 and in this way
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Ql in radialer Richtung elastisch komprimierbar, wobei die Schlitzanordnung derart vorgenommen sein sollte, daß sich eine möglichst homogene Verformung und damit Kraftausübung - in axialer Richtung gesehen - auf die Dämpfungsbuchse ergibt. Die Spannbuchse kann ebenfalls längsgeteilt ausgebildet sein.Ql is elastically compressible in the radial direction, whereby the slot arrangement should be such that the most homogeneous deformation and thus the exertion of force - seen in the axial direction - on the damping bush is achieved. The clamping bush can also be designed to be split lengthwise.
Zum Spannen des Dämpfungskörpers bei montiertem Schwingungsdämpfer ist lediglich eine gleichförmige Druckbeaufschlagung der Druckfluidanschlüsse des Schwingungsdämpfers erforderlich, wobei das Ausmaß der Druckbeaufschlagung von den Parametern des Bohrprozesses und damit von dem jeweiligen Einzelfall abhängig ist. Ein Lösen tritt nach Druckentlastung unter der Wirkung der als Rückstellfedern fungierenden Druckfedern selbsttätig ein.To tension the damping body with the vibration damper installed, all that is required is a uniform pressurization of the pressure fluid connections of the vibration damper, whereby the extent of the pressurization depends on the parameters of the drilling process and therefore on the individual case. After the pressure is relieved, the damper is released automatically under the effect of the compression springs acting as return springs.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the drawings. It shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Tiefbohrmaschine mit Schwingungsdämpfer;Fig. 1 a side view of a deep drilling machine with vibration damper;
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers;Fig. 2 is a longitudinal sectional view of a vibration damper according to the invention;
Fig. 3 eine vergrößerte Teildarstellung eines Schwingungsdämpfers im Längsschnitt.Fig. 3 an enlarged partial view of a vibration damper in longitudinal section.
Mit 1 ist in Fig. 1 das Maschinenbett einer Teifbohrmaschine in einer Seitenansicht gezeigt, bei welcher ein Bohrspindelkasten 2 auf einem Schlitten 3 aufgelagert ist, der mittels eines Antriebs 4 in Richtung der Pfeile 5, somit in Längsrichtung der Tiefbohrmaschine in defi-In Fig. 1, 1 shows the machine bed of a deep drilling machine in a side view, in which a drill spindle box 2 is supported on a carriage 3, which is moved by means of a drive 4 in the direction of the arrows 5, thus in the longitudinal direction of the deep drilling machine in a defined
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Ol nierter Weise verfahrbar ist. Zu diesem Zweck ist das Maschinenbett 1 mit einer dementsprechenden, zeichnerisch nicht näher dargestellten Führung 6 für den Schlitten 3 ausgerüstet.Ol ned manner. For this purpose, the machine bed 1 is equipped with a corresponding guide 6 for the slide 3, not shown in detail in the drawing.
Mit 7 ist eine Einspannung für ein Bohrrohr 8 bezeichnet, welches sich parallel zur Maschinenlängsachse in einen mit Abstand von dem Bohrspindelkasten 2 befindlichen Bohrölzuführapparat 9 erstreckt und innerhalb diesem mit dem, mit einer Tiefbohrung zu versehenden, sich gleichachsig zu dem Bohrrohr 8 erstreckenden Werkstück 10 in Eingriff gelangt. Das Werkstück 10 ist in der Werkstückeinspannung 11 eines Hauptspindelkastens aufgenommen, der ortsfest mit dem Maschinenbett 1 in Verbindung steht. Über einen, an dem Hauptspindelkasten 12 angebrachten Antrieb 13 ist das Werkstück 10 und über einen, an den Bohrspindelkasten 2 angebrachten Antrieb 14 ist das Bohrrohr 8 um seine Achse antreibbar.7 designates a clamp for a drill pipe 8, which extends parallel to the machine's longitudinal axis into a drilling oil feed device 9 located at a distance from the drilling spindle box 2 and within this engages with the workpiece 10, which is to be provided with a deep bore and extends coaxially to the drill pipe 8. The workpiece 10 is accommodated in the workpiece clamp 11 of a main spindle box, which is fixedly connected to the machine bed 1. The workpiece 10 can be driven about its axis via a drive 13 attached to the main spindle box 12 and the drill pipe 8 can be driven about its axis via a drive 14 attached to the drilling spindle box 2.
Während des Bohrfortschritts erfolgt der Vorschub des Schlittens 3 mittels des Antriebs 4 in Richtung auf das Werkstück hin.During drilling progress, the slide 3 is advanced by means of the drive 4 in the direction of the workpiece.
Während des Bohrvorgangs wird über den Bohrölzuführapparat ein der Schmierung und Kühlung dienendes flüssiges Medium, hier ein Bohröl zwischen der Außenseite des Bohrrohres und der Innenwandung der Bohrung der Bohrkrone zugeführt, wobei das mit Spänen befrachtete Bohröl in an sich bekannter Weise durch das hohl ausgebildete Bohrrohr 8 abströmt und nach Abtrennung des Späneanteils, Filterung und Kühlung einer erneuten Verwendung zugeführt wird.During the drilling process, a liquid medium used for lubrication and cooling, here a drilling oil, is fed between the outside of the drill pipe and the inner wall of the bore of the drill bit via the drilling oil feed device, whereby the drilling oil laden with chips flows out in a known manner through the hollow drill pipe 8 and is reused after the chips have been separated, filtered and cooled.
Der gezeigte Maschinentyp kann in unterschiedlicher Weise betrieben werden, und zwar mit rotierendem Werk-The machine type shown can be operated in different ways, namely with rotating tool
Ol zeug und stehendem Werkstück, mit rotierendem Werkstück und stehendem Werkzeug und mit gegenläufig sich drehendem Werkzeug und Werkstück, wobei diese drei Verfahrensvarianten durch entsprechende Aktivierung der Antriebe 13, 14 durchführbar sind.With a stationary tool and a stationary workpiece, with a rotating workpiece and a stationary tool and with a counter-rotating tool and workpiece, whereby these three process variants can be carried out by appropriately activating the drives 13, 14.
Als Folge des Bohrprozesses, hauptsächlich der Wechselwirkungen von Werkstück und Werkzeug sowie der globalen elastischen und dämpfenden Eigenschaften des Maschinenbettes 1 und sämtlicher Komponenten der gezeigten Tiefbohrmaschine ergeben sich Schwingungen des Bohrrohres 8, insbesondere Torsionsschwingungen, jedoch auch Biegeschwingungen, die allgemein als Rattern bezeichnet werden, welche nicht nur einen erhöhten Werkzeugverschleiß zur Folge haben, sondern gleichermaßen auch eine uneffiziente Umsetzung der installierten Maschinenleistung bezüglich des Zerspanungsprozesses. Diese Schwingungen bilden sich hauptsächlich als kontinuierliche Schwingungen des torsions- und biegeweichsten Konstruktionselements, nämlich des Bohrrohres 8 aus, so daß sich entlang dessen freier Länge jeweils Schwingungsbäuche und Schwingungsknoten ausbilden. Zur Dämpfung dieser Schwingungen dient ein, in eine Dämpferlünette 16 eingesetzter erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer, dessen konstruktiver Aufbau im folgenden noch zu erläutern sein wird.As a result of the drilling process, mainly the interactions between the workpiece and the tool, as well as the global elastic and damping properties of the machine bed 1 and all components of the deep drilling machine shown, vibrations of the drill pipe 8 arise, in particular torsional vibrations, but also bending vibrations, which are generally referred to as chattering, which not only result in increased tool wear, but also in an inefficient implementation of the installed machine power in relation to the machining process. These vibrations mainly form as continuous vibrations of the torsional and bendiest structural element, namely the drill pipe 8, so that vibration antinodes and vibration nodes form along its free length. To dampen these vibrations, a vibration damper according to the invention inserted into a damper steady rest 16 serves, the structural design of which will be explained below.
Die Lünette 16 wird zu diesem Zweck entlang der Achse des Bohrrohres 8 in den Bereich eines Schwingungsbauches verfahren, um eine optimale Dämpfungswirkung zu erzielen. Nachdem sich die Lage der Schwingungsbäuche als Folge des Bohrfortschritts und der hierdurch bedingten Veränderung der Randbedingungen der Schwingungen des Bohrrohres 8 verändert, muß die Position der Lünette 16 mit der Maßgabe nachgeregelt werden, daß ihre PositionFor this purpose, the steady rest 16 is moved along the axis of the drill pipe 8 into the area of a vibration antinode in order to achieve an optimal damping effect. After the position of the vibration antinodes changes as a result of the drilling progress and the resulting change in the boundary conditions of the vibrations of the drill pipe 8, the position of the steady rest 16 must be readjusted with the proviso that its position
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Ol stets an der Stelle eines Schwingungsbauches angeordnet ist, um eine optimale Dämpfungsleistung trotz sich ändernder Randbedingungen zu erzielen.Oil is always arranged at the location of an antinode in order to achieve optimum damping performance despite changing boundary conditions.
Zur Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers wird im folgenden auf die Zeichnungsfiguren 2 und 3 Bezug genommen.To explain the structure of the vibration damper according to the invention, reference is made below to drawing figures 2 and 3.
Mit 17 ist ein zylindrisches, zum Einsetzen in die Lünette 16 bestimmtes Gehäuse bezeichnet, welches an beiden Stirnseiten radiale Ausformungen 18 aufweist, die innenseitig - zur Mittelebene 23 des Gehäuses 17 hin orientierte kreisringförmige Anschläge 19 für den Außenring jeweils eines Wälzlagers 20 bilden, welche der Lagerung einer rotationssymmetrischen bezüglich der Achse 81 des Bohrrohres 8 ausgestalteten Schwingmasse innerhalb des Gehäuses 19 dienen.17 designates a cylindrical housing intended for insertion into the steady rest 16, which has radial formations 18 on both end faces, which form annular stops 19 on the inside - oriented towards the center plane 23 of the housing 17 - for the outer ring of a rolling bearing 20, which serve to support an oscillating mass designed to be rotationally symmetrical with respect to the axis 8 1 of the drill pipe 8 within the housing 19.
Die Schwingmasse 21 weist in ihrem mittleren Bereich einen sich radial einwärts erstreckenden massiven Ringkörper 22 auf, der sich axial symmetrisch beiderseits einer Mittelebene 23 erstreckt und innenseitig zwei, sich koaxial zu der Achse 81 in Richtung auf die Mittelebene 23 hin erstreckende Bohrungen 24 bildet.The oscillating mass 21 has in its central region a solid annular body 22 which extends radially inwards and extends axially symmetrically on both sides of a central plane 23 and forms on the inside two bores 24 which extend coaxially to the axis 8 1 in the direction of the central plane 23.
Mit 25 sind zwei, untereinander gleichartige, symmetrisch beiderseits der Mittelebene 23 angeordnete Druckringe bezeichnet, die auf ihrer radial einwärts orientierten Seite - wiederum symmetrisch bezüglich der Mittelebene 23 sich in Richtung auf diese hin konisch erweiternde Innenflächen 26 aufweisen. Die Druckringe werden in ihrer gezeigten Position in einer Richtung, nämlich in Richtung auf die Mittelebene 23 hin durch Druckfedern 27 gehalten, deren eine Enden an zugekehrten Flächen des jeweiligen Druckringes und deren andere25 designates two pressure rings, which are identical to one another and are arranged symmetrically on both sides of the central plane 23, which have inner surfaces 26 on their radially inward-facing side - again symmetrically with respect to the central plane 23 - which widen conically in the direction of the latter. The pressure rings are held in their position shown in one direction, namely in the direction of the central plane 23, by compression springs 27, one end of which is attached to facing surfaces of the respective pressure ring and the other
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Ol Enden an einem zu der Achse 81 koaxialen, an der Schwingmasse 21 angeformten Ringsteg 28 anliegen. Der Ringsteg 28, insbesondere dessen radial orientierte kreisringartige Stirnflächen bilden beiderseits der Mittelebene 23 Anschlagflächen der Bohrungen 24, wobei die Druckfedern 27 an diesen Anschlagflächen abgestützt sind. Die Druckfedern 27 sind vorzugsweise in gleichförmiger Umfangsverteilung entlang der Stirnseiten der Druckringe 25 vorgesehen. Die Druckringe 25 sind somit entgegen der Wirkung der Druckfedern 27 in Richtung der Pfeile 29, somit axial bezüglich der Achse 81 verschiebbar angeordnet.Ol ends rest on an annular web 28 which is coaxial with the axis 8 1 and formed on the oscillating mass 21. The annular web 28, in particular its radially oriented annular end faces, form stop surfaces of the bores 24 on both sides of the center plane 23, with the compression springs 27 being supported on these stop surfaces. The compression springs 27 are preferably provided in a uniform circumferential distribution along the end faces of the compression rings 25. The compression rings 25 are thus arranged so as to be displaceable axially with respect to the axis 8 1 , counter to the action of the compression springs 27 in the direction of the arrows 29.
Zur Stabilisierung der axialen Führung der beiden Druckringe 25 sind - ebenfalls in vorzugsweise gleichförmiger Umfangsverteilung - eine Reihe von Führungsbolzen 30 vorgesehen, die sich parallel zur Achse 8' der Schwingmasse 21 erstrecken und in zueinander fluchtende Bohrungen der beiden Druckringe 25 sowie des Ringstegs 28 eingesetzt und derart bemessen sind, daß ein Gleiten der Druckringe 25 in Richtung der Pfeile 29 möglich ist.To stabilize the axial guidance of the two pressure rings 25, a series of guide bolts 30 are provided - also preferably in a uniform circumferential distribution - which extend parallel to the axis 8' of the oscillating mass 21 and are inserted into aligned holes in the two pressure rings 25 and the ring web 28 and are dimensioned such that the pressure rings 25 can slide in the direction of the arrows 29.
Mit 31 ist eine im Durchmesser elastisch verringerbare Spannbuchse bezeichnet, die konische Außenflächen aufweist, die mit den Innenflächen 26 der Druckringe 25 dahingehend zusammenwirken, daß bei einer, in Richtung auf die Mittelebene 23 hingerichteten Bewegung der Druckringe 25 der Innendurchmesser der Spannbuchse 31 verringerbar ist und umgekehrt. Die Spannbuchse 31 ihrerseits umschließt die beispielsweise aus Kunststoff bestehende, innenseitig unmittelbar an dem Bohrrohr 8 anliegende Dämpfungsbuchse 32, welche der unmittelbaren schwingungstechnischen Ankopplung an das Bohrrohr 8 dient. Die Dämpfungsbuchse 32 kann längsgeteilt ausgebildet sein, wobei die beiden Hälften durch einen31 designates a clamping bush that can be elastically reduced in diameter and has conical outer surfaces that interact with the inner surfaces 26 of the pressure rings 25 in such a way that the inner diameter of the clamping bush 31 can be reduced when the pressure rings 25 move in the direction of the center plane 23, and vice versa. The clamping bush 31 in turn encloses the damping bush 32, which is made of plastic, for example, and is located directly on the inside of the drill pipe 8, and serves for the direct vibration-technical coupling to the drill pipe 8. The damping bush 32 can be split lengthwise, with the two halves being connected by a
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Ol Sprengring 33 zusammengehalten werden.Oil snap ring 33 held together.
Längsgeteilt ausgebildet kann auch die Spannbuchse 31 sein, wobei diese ferner längsgeschlitzt ausgestaltet sein kann, um eine elastische radiale Deformierbarkeit sicherzustellen. Spannbuchse 31 und Dämpfungsbuchse sind symmetrisch bezüglich der Mittelebene 23 ausgestaltet. The clamping bush 31 can also be designed to be split lengthwise, whereby it can also be designed with longitudinal slots in order to ensure elastic radial deformability. The clamping bush 31 and the damping bush are designed symmetrically with respect to the center plane 23.
Mit 34, 34' sind beiderseits des Ringsteges 22 angeordnete, untereinander gleich beschaffene Ringkolben bezeichnet, deren zugeordnete Druckräume 35, 35" jeweils über Druckmittelleitungen 36, 36' beaufschlagbar sind. Die Druckmittelleitungen 36, 36' enden in Kupplungszapfen 37, 37', die zum unmittelbaren Zusammenwirken mit Verschlußkupplungen 38, 38' bestimmt und ausgestaltet sind .34, 34' designate ring pistons of identical design arranged on both sides of the ring web 22, the associated pressure chambers 35, 35" of which can each be pressurized via pressure medium lines 36, 36'. The pressure medium lines 36, 36' end in coupling pins 37, 37', which are intended and designed for direct interaction with locking couplings 38, 38'.
Die genannten Druckräume 35, 35' werden radial außenseitig durch jeweils einen, in die Schwingmasse 21 hineinragenden Ringzylinder 39 und innenseitig sowie stirnseitig zur Außenseite hin durch ein Deckelbauteil 40 geschlossen. Innerhalb des, durch den Ringzylinder 39 sowie das Deckelbauteil 40 radial begrenzten Ringraumes ist der jeweilige Ringkolben 34, 34' mittels mehrerer Dichtungsringe in Richtung der Pfeile 29 gleitend geführt .The pressure chambers 35, 35' mentioned are closed radially on the outside by a ring cylinder 39 protruding into the oscillating mass 21 and on the inside and on the front side towards the outside by a cover component 40. Within the ring chamber radially delimited by the ring cylinder 39 and the cover component 40, the respective ring piston 34, 34' is guided in a sliding manner in the direction of the arrows 29 by means of several sealing rings.
Jeder der Ringkolben 34, 34' ist an seiner, dem jeweiligen Druckraum 35, 35' gegenüberliegenden Stirnseite an einem Axial-Wälzlager 41 abgestützt, welches auf seiner, dem Ringkolben 34, 34' abgekehrten Seite an dem jeweiligen Druckring 25, 25' abgestützt ist. Man erkennt aus obigen Ausführungen, daß eine Druckbeaufschlagung des jeweiligen Druckraumes 35, 35* eine in Richtung auf dieEach of the ring pistons 34, 34' is supported on its front side opposite the respective pressure chamber 35, 35' on an axial roller bearing 41, which is supported on its side facing away from the ring piston 34, 34' on the respective pressure ring 25, 25'. It can be seen from the above statements that pressurization of the respective pressure chamber 35, 35* causes a
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Ol Mittelebene 23 hin gerichtete Bewegung des jeweiligen Ringkolbens 34, 34' entgegen der Wirkung der Druckfedern 27 zur Folge hat, wobei eine Rückführbewegung der Ringkolben 34, 34' hingegen unter Entspannung der Druckfedern 27 gegeben ist.This results in a movement of the respective annular piston 34, 34' directed towards the center plane 23 against the action of the compression springs 27, whereby a return movement of the annular pistons 34, 34', on the other hand, occurs when the compression springs 27 are relaxed.
Das Deckelbauteil 40, der Ringzylinder 39 und die Ausformungen 18 des Gehäuses 17 sind miteinander verschraubt, wobei der Ringzylinder 39 stirnseitig in einem Flanschabschnitt 42 endet, der innenseitig gleichzeitig eine Anlagefläche für den Außenring der Wälzlager 20 bildet. Mit 43, 44 sind jeweils SchmierstoffVersorgungsanschlüsse für die Wälzlager 20, 41 bezeichnet.The cover component 40, the ring cylinder 39 and the formations 18 of the housing 17 are screwed together, with the ring cylinder 39 ending at the front in a flange section 42, which at the same time forms a contact surface on the inside for the outer ring of the rolling bearing 20. 43, 44 respectively designate lubricant supply connections for the rolling bearings 20, 41.
Die Schwingmasse 21 ist in der Mittelebene 23 - den Ringsteg 28 durchdringend und sich bis in die Spannbuchse 31 erstreckend - mit mehreren Mitnehmerbolzen 45 versehen, die in eine entsprechende Gewindebohrung des Ringsteges 22 - von dessen Außenseite her - eingeschraubt sind. Diese Mitnehmerbolzen 45 bewirken eine unmittelbare Ankopplung der Schwingmasse 21 an die Spannbuchse 31, worauf im folgenden noch näher eingegangen werden wird.The oscillating mass 21 is provided in the central plane 23 - penetrating the ring web 28 and extending into the clamping bush 31 - with several driving pins 45, which are screwed into a corresponding threaded hole in the ring web 22 - from its outside. These driving pins 45 cause a direct coupling of the oscillating mass 21 to the clamping bush 31, which will be discussed in more detail below.
Mit 46 ist schließlich eine Ringschraube bezeichnet, die in eine Gewindebohrung 47 des Gehäuses 17 eingeschraubt ist, welche jedoch lediglich Transportzwecken dient.Finally, 46 designates an eyebolt which is screwed into a threaded hole 47 of the housing 17, but which only serves transport purposes.
Wie den Zeichnungsfig. 2, 3 entnehmbar ist, bilden die Druckringe 25 innenseitig in Verbindung mit der Innenseite des Ringstegs 28, und zwar symmetrisch bezüglich der Mittelebene 23 eine bezüglich der sonstigen Innenflächen 48 der Druckringe 25 radial auswärts gerichtete Ausnehmung 49, in welche die Spannbuchse 31 unter Belassung eines beidseitigen axialen Spieles eingesetzt ist.As can be seen from the drawings Fig. 2, 3, the pressure rings 25 form on the inside in connection with the inside of the ring web 28, namely symmetrically with respect to the center plane 23, a recess 49 directed radially outwards with respect to the other inner surfaces 48 of the pressure rings 25, into which the clamping bush 31 is inserted while leaving an axial play on both sides.
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Ol Die Spannbuchse 31 bildet innenseitig eine zylindrische Innenfläche 50, die im Bereich der Mittelebene 23 durch eine umlaufende Nut 51 gekennzeichnet ist. Der Nut 51 liegt eine Ringnut 52 der Dämpfungsbuchse 32 unmittelbar gegenüber, so daß der Sprengring 33, der teilweise in der Nut 52 liegt, eine axiale Auszugssicherung für die Dämpfungsbuchse 32 bildet. Dadurch, daß sich die Innenfläche 50 der Spannbuchse 31 radial einwärts bezüglich der sich beiderseits anschließenden Innenflächen 48 der Druckringe 25 erstreckt, ist nach Lösung des Sprengringes 33 ein axiales Ausziehen der Spannbuchse 32 in Richtung der Pfeile 29 möglich, und zwar ohne daß weitere Strukturelemente des Schwingungsdämpfers vorab demontiert werden müssen.Ol The clamping bush 31 forms a cylindrical inner surface 50 on the inside, which is characterized by a circumferential groove 51 in the area of the center plane 23. An annular groove 52 of the damping bush 32 is located directly opposite the groove 51, so that the snap ring 33, which lies partially in the groove 52, forms an axial pull-out protection for the damping bush 32. Because the inner surface 50 of the clamping bush 31 extends radially inwards with respect to the inner surfaces 48 of the pressure rings 25 on both sides, after the snap ring 33 has been released, the clamping bush 32 can be pulled out axially in the direction of the arrows 29, without any other structural elements of the vibration damper having to be dismantled beforehand.
Die Wirkungsweise eines solchen Schwingungsdämpfers beruht darauf, daß unter Vermittlung der Dämpfungsbuchse 32 eine rotierfähige Masse, hier die Schwingmasse 21 an das Bohrrohr angekoppelt wird, wobei die Elastizitätsund Dämpfungseigenschaften der Dämpfungsbuchse 32 in Anpassung an den jeweiligen Einzelfall durch Variierung des über die Druckringe 25 ausgeübten Spanndruckes angepaßt werden. Das Bohrrohr einerseits und die Schwingmasse 21 andererseits bilden in Verbindung mit der, diese koppelnden Dämpfungsbuchse 32 ein schwingfähiges System zweier Körper, wobei die Schwingungsdämpfung auf der Energiedissipation der Dämpfungsbuchse 32 beruht.The way such a vibration damper works is that a rotating mass, here the oscillating mass 21, is coupled to the drill pipe via the damping bushing 32, whereby the elasticity and damping properties of the damping bushing 32 are adapted to the individual case by varying the clamping pressure exerted via the pressure rings 25. The drill pipe on the one hand and the oscillating mass 21 on the other hand, in conjunction with the damping bushing 32 that couples them, form an oscillating system of two bodies, whereby the vibration damping is based on the energy dissipation of the damping bushing 32.
Zum praktischen Gebrauch wird der Schwingungsdämpfer nach Einsetzen in die Dämpferlünette 16 über seine Anschlußstücke 37, 37' an ein Hydrauliksystem angeschlossen, wobei die Ringkolben 34, 34' symmetrisch beaufschlagt werden und zwar nach Maßgabe des auf die Dämpfungsbuchse 32 auszuübenden Spanndruckes. Die Ring-For practical use, the vibration damper is connected to a hydraulic system via its connectors 37, 37' after it has been inserted into the damper rest 16, whereby the ring pistons 34, 34' are actuated symmetrically in accordance with the clamping pressure to be exerted on the damping bush 32. The ring
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II, · ·
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Ql kolben 34 üben eine axial gerichtete Kraft über die Wälzlager 41 auf die Druckringe 25 aus, welche innerhalb der Bohrung 24 entgegen der Wirkung der Druckfedern in Richtung auf die Mittelebene 23. hin verschoben werden und auf diese Weise über ihre Innenflächen 26 eine dementsprechende Kraft auf die Spannbuchse 31 und damit die Dämpfungsbuchse 32 ausüben. Die Spannbuchse 31 erfährt hierbei aufgrund ihres, zur Mittelebene 23 symmetrischen Aufbaus durch die Druckringe 25 eine Zentrierung und Lagefixierung, wobei aufgrund der, durch den Spanndruck ausgelösten Durchmesserverringerung der Spannbuchse 31 diese einen entlang der Achse 8' gleichförmigen Druck auf die Dämpfungsbuchse 32 überträgt. Angestrebt wird hierbei die Einstellung eines schwingfähigen Systems mit Feder- und Dämpfungseigenschaften, welche wiederum vom Einzelfall abhängen. Ql pistons 34 exert an axially directed force via the roller bearings 41 on the pressure rings 25, which are displaced within the bore 24 against the effect of the compression springs in the direction of the central plane 23 and in this way exert a corresponding force on the clamping bush 31 and thus the damping bush 32 via their inner surfaces 26. The clamping bush 31 is centered and fixed in position by the pressure rings 25 due to its structure, which is symmetrical to the central plane 23, and due to the reduction in diameter of the clamping bush 31 triggered by the clamping pressure, the latter transmits a uniform pressure along the axis 8' to the damping bush 32. The aim here is to set up an oscillating system with spring and damping properties, which in turn depend on the individual case.
Eine Druckentlastung der Ringkolben 34 hat ihrerseits unter der Wirkung der Druckfedern 27 eine Rückstellbewegung der Ringkolben 34, 34' und eine hierdurch veranlaßte Entspannung der Spannbuchse 31 zur Folge.A pressure relief of the annular pistons 34 in turn results in a return movement of the annular pistons 34, 34' under the action of the compression springs 27 and a resulting relaxation of the clamping bush 31.
Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer zeichnet sich gegenüber bekannten konstruktiven Lösungen durch eine vereinfachte Handhabung, reproduzierbare Spanndruckverhältnisse sowie insbesondere eine vereinfachte Austauschbarkeit der Spannbuchse 32 aus.The vibration damper according to the invention is characterized compared to known design solutions by simplified handling, reproducible clamping pressure conditions and in particular simplified replaceability of the clamping bush 32.
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet,3. Vibration damper according to claim 2,
characterized,
gekennzeichnet4. Vibration damper according to claim 3,
marked
Druckringe (25) eingesetzt sind.- by axially parallel guide bolts (30) which penetrate the ring web (28) of the oscillating mass (21) and slide - enabling axial movements of the pressure rings (25) - into facing bores of the
Pressure rings (25) are inserted.
gekennzeichnet5. Vibration damper according to claim 3 or 4,
marked
Ringsteg (28) durchdringen und zwecks Herstellung einer Drehverbindung zwischen der Spannbuchse (31) und der Schwingmasse (21) bis in die Spannbuchse- by means of driving pins (45) which are inserted into radial bores of the oscillating mass (21), the
penetrate the ring web (28) and, in order to create a rotary connection between the clamping bush (31) and the oscillating mass (21), extend into the clamping bush
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29513580U DE29513580U1 (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Vibration damper for a deep drilling machine |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29513580U DE29513580U1 (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Vibration damper for a deep drilling machine |
DE1995127406 DE19527406A1 (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Oscillation damper for drill pipe of deep drilling machine - deformation of damping body carried out by clamping sleeve coaxially enclosing it, symmetrical to centre plane, and elastically reducing in diameter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29513580U1 true DE29513580U1 (en) | 1995-10-19 |
Family
ID=26017177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29513580U Expired - Lifetime DE29513580U1 (en) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | Vibration damper for a deep drilling machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29513580U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018102963A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-14 | J.G. WEISSER SöHNE GMBH & CO. KG | Non-contact damping unit, turning machine and associated method |
CN114135546A (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 沪东中华造船(集团)有限公司 | Adjustable hoop device for ship and using method thereof |
-
1995
- 1995-07-27 DE DE29513580U patent/DE29513580U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018102963A1 (en) * | 2018-02-09 | 2019-08-14 | J.G. WEISSER SöHNE GMBH & CO. KG | Non-contact damping unit, turning machine and associated method |
CN114135546A (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 沪东中华造船(集团)有限公司 | Adjustable hoop device for ship and using method thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19951130 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19981209 |
|
R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20020501 |