DE3802443C1

DE3802443C1 - Rotary rock-drilling machine with device for releasing stuck drill rods

Info

Publication number: DE3802443C1
Application number: DE3802443A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Ebeling
Original assignee: Turmag Turbo-Maschinen-Ag Nuesse & Graefer 4322 Sprockhoevel De
Current assignee: NOELL SERVICE UND MASCHINENTECHNIK GMBH, 30853 LAN
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-03-09

Abstract

The invention relates to a rotary rock-drilling machine (1, 33) with a drill motor (2, 34), a centrifugal mass (3; 35, 36) and an output shaft (4, 42) which can be coupled to a drill stem (8) composed of several drill rods (6, 7). The object of the invention is to create a rotary rock-drilling machine (1, 33) of the type mentioned at the beginning which, irrespective of its type in the form of a large-hole drilling machine (1) or a stress-relief drilling machine (33), contains an effective, trouble-free device for releasing stuck drill rods, which device consists of simple constructional means and meets all requirements. This object is achieved according to the invention in that the centrifugal mass (3; 35, 36) can be rotated anti-clockwise at the operating speed of the drill motor (2, 34) and is coupled to the output shaft (4, 42) in a torsionally inelastic manner, and a floating coupling (14; 48, 50) is provided in the shaft train (4, 10; 37, 39, 42) between the centrifugal mass (3; 35, 36) on the one side and the stem catch device (17) (e.g. in the case of large-hole drilling machines (1)) or the stem receptacle (44) (e.g. in the case of stress-relief drilling machines (33)) on the other side. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gesteinsdrehbohrmaschine mit einem Bohrmotor, einer Schwungmasse und einer Abtriebswelle, die mit einem aus mehreren Bohrstangen zusammengesetzten Bohrgestänge kuppelbar ist.The invention relates to a Rock rotary drilling machine with a drill motor, a flywheel and an output shaft, the with one of several boring bars composite drill pipe is detachable.

Eine Gesteinsdrehbohrmaschine dieser Art gemäß der DE-PS 34 11 889 weist eine auf der Abtriebswelle gelagerte Schwungmasse auf, die ausdrücklich über eine drehelastische Kupplung mit der Abtriebswelle gekuppelt ist. Gemäß der Aufgabenstellung dieser vorbekannten Gesteinsdrehbohrmaschine soll dadurch eine größtmögliche Dämpfung der vom Bohrwerkzeug angeregten Torsionsschwingungen des Bohrgestänges erreicht werden. Außer der drehelastischen Kupplung ist noch eine Reibungskupplung auf der Abtriebswelle vorgesehen, welche die vorbeschriebene schwingungsdämpfende Wirkung unterstützen soll.A rock drilling machine of this kind according to DE-PS 34 11 889 has one on the Output shaft mounted flywheel on the expressly with a torsionally flexible coupling the output shaft is coupled. According to the Task of these previously known Rock drilling machine is said to be one greatest possible damping of the drilling tool excited torsional vibrations of the drill pipe can be achieved. Except for the torsionally elastic Clutch is still a friction clutch on the Output shaft provided which the Vibration damping effect described above should support.

Bei einer ersten Ausführungsform von Gesteinsdrehbohrmaschinen dieser Art setzt sich das Bohrgestänge aus mehreren Bohrstangen zusammen, von denen eine jede an ihrem einen Ende einen Zapfen mit Außengewinde und an ihrem anderen Ende eine Buchse mit einem entsprechenden Innengewinde aufweist. Aufgrund der großen vom Drehbohrantrieb auf den Bohrkopf übertragenen Drehmomente können sich die Gewinde von Zapfen und Buchse zweier benachbarter, miteinander gekuppelter Bohrstangen derart festziehen, daß sich ihr Lösen, nachfolgend kurz "Brechen" genannt, zu einem schwierigen Unterfangen gestaltet. Zum Brechen der Bohrstangen wird dabei ein Drehimpuls benötigt, der eine weit über das Betriebsdrehmoment des Drehbohrantriebes hinausgehende Momentenspitze auf das Bohrgestänge überträgt. Im untertägigen Bohrbetrieb werden zum Brechen der Bohrstangen dafür maschinell betriebene Gewindebrecheinrichtungen eingesetzt, deren Verwendung unter Tage aber wegen des geringen Platzbedarfes, ihres Gewichtes und der Umstände ihrer Montage mit mehreren Nachteilen behaftet ist. Hinzu kommt, daß untertägig das Brechen der Bohrstangengewinde wegen der kurzen Bohrstangenlängen viel häufiger anfällt als über Tage. Zum Brechen dieser Bohrstangen behilft man sich bisher meist mit einer Drehmomentenreserve des Bohrantriebes, die durch eine Überdimensionierung oder durch eine zusätzliche Getriebeschaltstufe erreicht wird. Beide Maßnahmen sind aufwendig und trotzdem oft nicht ausreichend, so daß immer wieder mühsame und zeitraubende Handarbeiten mit Rohrzangen erforderlich werden.In a first embodiment of Rock drilling machines of this type settle the drill pipe from several drill rods together, each one at one end an externally threaded pin and on her other End a socket with a corresponding one Has internal thread. Because of the large dated Rotary drilling drive transferred to the drill head Torques can affect the thread of the tenon and Socket of two neighboring, with each other Tighten the coupled boring bars so that their loosening, hereinafter briefly "breaking" called a difficult undertaking designed. This will break the boring bars needs an angular momentum that is far above that Operating torque of the rotary drilling drive Exceeding torque peak on the drill pipe transmits. In underground drilling operations, Machine breaking the boring bars for this operated thread breaking devices used, their use underground but because of low space requirements, their weight and the Circumstances of their assembly with several disadvantages is afflicted. Add to that the intraday Breaking the boring bar threads because of the short Boring bar lengths occur much more often than over Days. One helps to break these boring bars so far mostly with a torque reserve of the drill drive, which by a Oversizing or by an additional Gear shift stage is reached. Both measures are complex and often not sufficient, so that again and again tedious and time consuming Needlework with pipe wrenches may be required.

Bei einer zweiten Ausführungsform von Gesteinsdrehbohrmaschinen der eingangs genannten Art sind die Bohrstangen mit Steckverbindungen, meist mit mehrkantigen Zapfen und entsprechenden Buchsen ausgerüstet. Solche Bohrgestänge werden in weichen Gesteinen eingesetzt und sind mit Schneckenwendeln versehen, um oft relativ große Bohrkleinmengen aus dem Bohrloch abfördern zu können. Durch Gebirgsbewegungen oder Verstopfungen wird dabei das Bohrgestänge häufiger verklemmt und kann dann oft nur unter Linksdrehung wieder gelöst werden. Im Gegensatz zu Bohrgestängen mit Gewindeverbindungen erlauben Bohrgestänge mit Steckverbindungen eine Drehmomentenübertragung auch bei Linksdrehung, ohne sich zu lösen. Diese Umstände haben eine besonders große Bedeutung bei Entspannungsbohrmaschinen erlangt, deren Bohrungen gefährliche Gebirgsdruckspannungen in Kohleflözen lösen. Die schlagartig auftretenden Entspannungsvorgänge blockieren sehr häufig das Bohrgestänge, das dann oft von den wegen der untertägigen Einsatzbedingungen klein und leicht gebauten Entspannungsbohrmaschinen nicht mehr gelöst werden kann. Dadurch ergeben sich hohe Verluste von Entspannungebohrgestängen.In a second embodiment of Rock drilling machines of the type mentioned Kind are the boring bars with plug connections, usually with polygonal pins and corresponding Bushings equipped. Such drill pipes are in soft rocks and are with Helix helixes are often relatively large Extract cuttings from the borehole can. Due to mountain movements or blockages the drill pipe is jammed and more often can then often only be solved by turning to the left will. In contrast to drill pipes with Threaded connections allow drill rods with Plug connections a torque transmission even when turning to the left without loosening. These Circumstances are particularly important Relaxation drilling machines obtained their holes dangerous rock pressure in coal seams to solve. The suddenly occurring Relaxation processes very often block that Drill pipe, which is often used by the underground operating conditions small and light built relaxation drilling machines no longer can be solved. This results in high Relaxation drill pipe losses.

Ein Lösen könnte allenfalls mit Hilfe eines kräftigen, direkt auf das Bohrgestänge übertragenen Drehimpulses erfolgen. Für das Aufbringen von derartigen Drehimpulsen mit überhöhten Drehmomentenspitzen ist jedoch die Gesteinsdrehbohrmaschine gemäß der DE-PS 34 11 889 entsprechend ihrer gesamten Aufgabenstellung ungeeignet, da sowohl die drehelastische Kupplung als auch die Reibungskupplung einen weit über das Betriebsmoment hinausgehenden Drehimpuls auf das Bohrgestänge infolge ihrer Funktionsweise unterbinden. Auch die direkt auf der Abtriebswelle befindliche Schwungmasse ist hierzu ungeeignet, da sie lediglich mit der relativ geringen Drehzahl der Abtriebswelle umläuft und deshalb unnötig groß und schwer gebaut werden müßte.A solution could at best with the help of a strong, directly on the drill pipe transmitted angular momentum. For the Applying such angular momentum with excessive torque peaks, however, is the Rock drilling machine according to DE-PS 34 11 889 according to their overall task unsuitable as both the torsionally flexible coupling as well as the friction clutch far above that Operating moment going beyond the angular momentum on the Drill pipe due to the way it works prevent. Also directly on the output shaft Inertia is not suitable because they only with the relatively low speed the output shaft rotates and is therefore unnecessarily large and would have to be built heavily.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gesteinsdrehbohrmaschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die unabhängig von ihrem Typus in Form einer Großlochbohrmaschine oder einer Entspannungsbohrmaschine eine aus einfachen konstruktiven Mitteln bestehende, eine effektive und allen Erfordernissen genügende störungsfreie Vorrichtung zum Lösen festsitzender Bohrstangen beinhaltetBased on this state of the art the invention has for its object a Rock rotary drilling machine of the type mentioned To create genus that is independent of their Type in the form of a large hole drilling machine or a relaxation drill one out of simple existing constructive means, an effective and trouble-free meeting all requirements Device for releasing stuck boring bars includes

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwungmasse mit der jeweiligen Betriebsdrehzahl des Bohrmotors auf Linksdrehung drehbar und mit der Abtriebswelle drehunelastisch gekuppelt sowie im Wellenzug zwischen der Schwungmasse einerseits und der Gestängeabfangvorrichtung (z.B. bei Großlochbohrmaschinen) bzw. der Gestängeaufnahme (z.B. bei Entspannungsbohrmaschinen) andererseits eine Freigangkupplung vorgesehen ist. Die Freigangkupplung gestattet dem Bohrmotor, die Schwungmasse trotz bereits eingeleiteter bzw. schon eingetretener Blockierung des Bohrgestänges zu beschleunigen. Nach Durchlauf des Freigangwinkels der Freigangkupplung wird sodann die Schwungmasse durch entsprechende Blockierung schlagartig abgebremst, wodurch ein entsprechend hoher Drehimpuls auf das Bohrgestänge übertragen wird. Die unvermeidliche Drehelastizität im Wellenzug zwischen Schwungmasse und dem das Bohrgestänge blockierenden Element bestimmen die Größe der Schwungmasse und des Freigangwinkels. Da jede zusätzliche Drehelastizität einen Teil des Drehimpulses kompensiert, ist die Schwungmasse - wie beansprucht - möglichst drehunelastisch mit dem Wellenzug zur Antriebswelle zu kuppeln.This task is done in conjunction with the generic term according to the invention solved in that the flywheel with the respective operating speed of the drill motor Turnable to the left and with the output shaft coupled in a non-rotating manner and in the shaft train between the centrifugal mass on the one hand and the Linkage device (e.g. at Large hole drilling machines) or the boom mount (e.g. with relaxation drills) on the other hand a free clutch is provided. The Freewheel clutch allows the drill motor to Balance mass in spite of already initiated or Blockage of the drill pipe that has already occurred to accelerate. After running the The clearance angle of the clearance clutch is then the flywheel mass by appropriate blocking abruptly braked, causing a corresponding high angular momentum transmitted to the drill pipe becomes. The inevitable torsional elasticity in the Wave train between flywheel and that Drill pipe blocking element determine the Size of the flywheel mass and the clearance angle. There any additional torsional elasticity is part of the Compensated angular momentum is the flywheel - as claimed - as torsionally elastic as possible to couple the shaft train to the drive shaft.

Mit dieser Anordnung kann ein derartig hoher Drehimpuls auf das Bohrgestänge übertragen werden, daß eine weit über das Betriebsdrehmoment des Drehbohrantriebes hinausgehende Momentenspitze in Links-Drehrichtung auf das Bohrgestänge übertragen wird, daß jedes noch so festsitzende Bohrstangengewinde gebrochen bzw. jedes noch so fest im Gebirge eingeklemmte Bohrgestänge, z.B. ein Schneckenbohrgestänge einer Entspannungsbohrmaschine, gelöst werden kann.With this arrangement, such a high Angular momentum are transmitted to the drill pipe, that a well above the operating torque of the Torque spike in Transfer counter-clockwise rotation to the drill pipe is that every stuck Boring bar thread broken or any way Drill rods clamped firmly in the mountains, e.g. a auger drill pipe one Relaxation drill, can be solved.

Nach einer ersten Ausführungsform der neuen Gesteinsdrehbohrmaschine mit Schraubgestänge nach Art einer hydraulisch angetriebenen Großlochbohrmaschine besteht die Schwungmasse aus einem drehfest auf einer Welle des Drehbohrantriebes angeordneten Schwungrad, während die Freigangkupplung von einer besonderen Form der Gestängeabfangvorrichtung gebildet wird, in dem das Bohrgestänge formschlüssig von einem Gestängeschlüssel oder kraftschlüssig von einer Klemmvorrichtung umgriffen und zwischen ortsfesten Anschlägen um einen gewissen Freigangwinkel verdrehbar ist. Dabei ist vorteilhaft der Schließzylinder für den Gestängeschlüssel gemeinsam mit ihm um den Freigangwinkel frei verschwenkbar, jedoch radial unverschieblich geführt. Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Erzeugung von Drehimpulsen zum Brechen der Schraubverbindungen zwischen den Bohrstangen geeignet.According to a first embodiment of the new Rock drilling machine with screw rod after Kind of a hydraulically powered Large hole drilling machine consists of the flywheel a rotatable on a shaft of the Rotary drill arranged flywheel while the free clutch of a special form of Linkage device is formed in the the drill pipe form-fitting from one Linkage key or non-positive from one Clamping device gripped and between stationary Attacks by a certain clearance angle is rotatable. It is advantageous Lock cylinder for the rod key free with him around the clearance angle pivotable, but radially immovable guided. This embodiment is particular to generate angular momentum to break the Screw connections between the boring bars suitable.

Bei einer zweiten Ausführungsalternative der Erfindung einer Gesteinsdrehbohrmaschine in Form einer Entspannungsbohrmaschine besteht der Bohrmotor in an sich bekannter Weise aus einem Druckluftmotor, dessen massiv ausgebildete Zahnradrotoren die Schwungmasse bilden. Da diese Zahnradrotoren mit einer hohen Drehzahl umlaufen und eine entsprechende Masse aufweisen, können sie bei schlagartiger Bremsung einen entsprechend hohen Drehimpuls abgeben. In diesem Fall sowie auch bei Elektromotoren mit entsprechend massebehafteten Läufern ist die Schwungmasse bereits vorhanden. Da sich bei einer Entspannungsbohrmaschine die zu lösende Blockierung im Bohrloch befindet und weder dort noch im Bohrgestänge eine Freigangkupplung untergebracht werden kann, wird sie nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei dieser Ausführungsalternative in Form einer Klauenkupplung in den Drehbohrantrieb verlegt.In a second alternative embodiment of the Invention of a rock drilling machine in shape there is a relaxation drill Drilling motor in a manner known per se from one Air motor, its massively trained Gear rotors form the flywheel. This one Rotate gear rotors at high speed and have an appropriate mass, they can in the event of sudden braking, one accordingly deliver high angular momentum. In this case as well also in the case of electric motors mass-runners is the flywheel already exists. Since one Relaxation drill the one to be solved Blockage is in the borehole and neither there a free-motion coupling still in the drill pipe can be accommodated, it will be after a advantageous development of the invention this execution alternative in the form of a Claw coupling laid in the rotary drilling drive.

Dabei ist vorteilhaft auf der Abtriebswelle drehfest eine mit mindestens einem Flügel versehene Buchse angeordnet, auf welcher ein Antriebszahnrad frei drehbar gelagert ist, welches an seiner dem Flügel zugekehrten Seite mit mindestens einer mit dem Flügel zusammenwirkenden Klaue versehen ist. Dadurch ist je nach der erforderlichen Dicken-Dimensionierung von Klaue und Flügel ein Freigangwinkel von über 300° möglich, obgleich sich in Versuchen schon Freigangwinkel mit mehreren Klauen und Flügeln von etwa 90° bis 120° vollauf bewährt haben.It is advantageous on the output shaft non-rotatable one with at least one wing provided socket arranged on which a Drive gear is freely rotatable, which on its side facing the wing with at least one interacting with the wing Claw is provided. This is depending on the required dimensioning of claw thickness and wings have an clearance angle of over 300 ° possible, although already in experiments Clearance angle with several claws and wings from approximately 90 ° to 120 °.

Die beiden vorerörterten und noch anhand der Figurenbeschreibung ausführlich zu beschreibenden Ausführungsalternativen lassen sich sowohl hinsichtlich der Schwungmasse als auch der Freigangkupplung durchaus vorteilhaft kombinieren. Beispielsweise kann bei einer Großlochbohrmaschine der Hydraulikmotor von einem Druckluftmotor ersetzt werden oder eine Entspannungsbohrmaschine kann von einem Hydraulikmotor angetrieben und ein separates Schwungrad vorgegeben werden. Außerdem kann der Druckluftmotor durch andere Motoren mit massereichen Rotoren ersetzt werden, z.B. durch Elektromotoren oder Verbrennungskraftmaschinen mit notfalls vergrößertem Motorschwungrad.The two previously discussed and still based on the Description of the figures to be described in detail Execution alternatives can be both in terms of the flywheel mass as well Combine the free-motion clutch quite advantageously. For example, in a large hole drilling machine the hydraulic motor from an air motor to be replaced or a relaxation drill can be powered by a hydraulic motor and a separate flywheel can be specified. Furthermore the air motor can be used with other motors massive rotors are replaced, e.g. by Electric motors or internal combustion engines with if necessary, enlarged engine flywheel.

Grundsätzlich kann man gemäß dem Prinzip der Erfindung wie folgt verfahren:Basically you can according to the principle of Proceed as follows:

Je massereicher und je masseträgheitsmomentintensiver die rotierenden Teile eines Bohrmotors sind, desto eher empfehlen diese sich als Schwungmasse gemäß Anspruch 1. Je masseärmer und masseträgheitsmomentgeringer die rotierenden Teile eines Bohrmotors gestaltet sind, um so mehr empfiehlt sich die Anordnung einer zusätzlichen Schwungmasse im Sinne der Ansprüche 1 und 2. The more massive and ever moment of inertia the rotating Parts of a drill motor are more likely to recommend this is a flywheel according to claim 1 lesser mass and less inertia rotating parts of a drill motor are designed, the more the arrangement of one is recommended additional flywheel as defined in claims 1 and 2.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigtSeveral embodiments of the invention are shown in the drawings. It shows

Fig. 1 die Seitenansicht einer unter einem Bohrloch an einer Haltesäule ortsfest angeordneten Gesteinsdrehbohrmaschine in Form einer Großlochbohrmaschine mit einem Hydraulik- Bohrmotor, einer elastischen Kupplung und einem Schwungrad auf der schnellst drehenden Vorlegewelle des Drehbohrantriebes sowie mit einer Freigangkupplung in der Gestängeabfangvorrichtung, Fig. 1 is a side view of a under a wellbore to a support column arranged stationary rock drilling machine in the form of a large-hole drilling machine comprising a hydraulic drill motor, an elastic clutch and a flywheel on the fastest rotating countershaft of Drehbohrantriebes as well as a free gear clutch in the Gestängeabfangvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch die Gestängeabfangvorrichtung von Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II through the Gestängeabfangvorrichtung of Fig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 4 durch einen Bohrantrieb einer Entspannungsbohrmaschine mit einem Druckluft-Bohrmotor und einer Freigangkupplung auf der Abtriebswelle und Fig. 3 shows the longitudinal section along the line III-III of Fig. 4 by a drill drive of a relaxation drill with a compressed air drill motor and a free clutch on the output shaft and

Fig. 4 eine Teilansicht der Freigangkupplung in Richtung der Pfeile IV-IV von Fig. 3. FIG. 4 is a partial view of the freewheel clutch in the direction of arrows IV-IV of FIG. 3.

Die Gesteinsdrehbohrmaschine 1 gemäß den Fig. 1 und 2 weist einen hydraulischen Bohrmotor 2, eine Schwungmasse in Form eines Schwungrades 3 und eine Abtriebswelle 4 auf, die über ein Bohrfutter 5 mit einem aus mehreren Bohrstangen 6, 7 zusammengesetzten Bohrgestänge 8 kuppelbar ist. Das Schwungrad 3 ist aufgrund der Paßfederkupplung 9 drehfest auf der am schnellsten drehenden Vorlegewelle 10 angeordnet. Zwischen der Abtriebswelle 4 und der Vorlegewelle 10 ist ein einstufiges - sonst vielfach aber auch mehrstufig ausgebildetes - Untersetzungsgetriebe 11 angeordnet.The rock rotary drilling machine 1 according to FIGS. 1 and 2 has a hydraulic drilling motor 2 , a flywheel mass in the form of a flywheel 3 and an output shaft 4 which can be coupled via a drill chuck 5 to a drill rod 8 composed of a plurality of drill rods 6, 7 . The flywheel 3 is arranged on the fastest rotating countershaft 10 due to the feather key clutch 9 . Between the output shaft 4 and the countershaft 10 , a one-stage reduction gear 11 is arranged, which is otherwise often designed in multiple stages.

Um nachteilige Auswirkungen der vom Bohrgestänge 8 ausgehenden Torsionsschwingungen auf den Hydraulikmotor 2 zu unterbinden, ist zwischen letzterem 2 und dem drehfest auf der Vorlegewelle 10 angeordneten Schwungrad 3 eine elastische Kupplung 12 angeordnet. Der Drehbohrantrieb ist allgemein mit 13 bezeichnet.In order to prevent adverse effects of the torsional vibrations emanating from the drill string 8 on the hydraulic motor 2 , an elastic coupling 12 is arranged between the latter 2 and the flywheel 3 arranged in a rotationally fixed manner on the countershaft 10 . The rotary drilling drive is generally designated 13 .

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gesteinsdrehbohrmaschine 1 in Form einer Großlochbohrmaschine wird die Freigangkupplung 14 von einem Gestängeschlüssel 15 und seinen Anschlägen 16, 16′ und 28, 28′ der Gestängeabfangvorrichtung 17 gebildet. Der Gestängeschlüssel 15 erfaßt, wie bei untertägig eingesetzten Großlochbohrmaschinen üblich, den zweiten Vierkantabschnitt 18′ der letzten Bohrstange 6, 7 des Bohrgestänges 8, während der jeweils erste Vierkantabschnitt 18 für das Bohrfutter 5 vorgesehen ist.In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 the rock drilling machine 1 in the form of a large hole drilling machine the clearance clutch 14 by a linkage key 15 and its stops 16, 16 'and 28, 28' of Gestängeabfangvorrichtung 17 is formed. The rod key 15 detects, as is usual with large hole drilling machines used underground, the second square section 18 'of the last drill rod 6, 7 of the drill string 8 , while the first square section 18 is provided for the drill chuck 5 .

Jedoch ist im dargestellten Fall der Gestängeschlüssel 15 nicht - wie üblich unverdrehbar -sondern zwischen seinen Anschlägen 16, 16′ einerseits und 28, 28′ andererseits frei drehbar um den Freigangwinkel 31 geführt. Gemeinsam mit dem Gestängeschlüssel 15 ist auch sein Schließzylinder 19 um den Freigangwinkel 31 schwenkbar, indem er in konstantem radialen Abstand 20 von der Bohrgestängeachse 21 von zwei Nocken 22 in den Bogenausschnitten 23 zweier Schilde 24 zwischen zwei Stützen 25, 29 der Gestängeabfangvorrichtung 17 geführt ist.However, in the case shown, the rod key 15 is not - as usual non-rotatable - but between its stops 16, 16 ' on the one hand and 28, 28' on the other hand freely rotatable about the clearance angle 31 . Together with the rod key 15 , its lock cylinder 19 can also be pivoted about the clearance angle 31 by being guided at a constant radial distance 20 from the drill rod axis 21 by two cams 22 in the arc cutouts 23 of two shields 24 between two supports 25, 29 of the rod interception device 17 .

Für den Fall, daß entgegen der dargestellten Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ein Glattgestänge verwendet wird, z.B. beim Kernbohren, kann bei sonst technisch und patentrechtlich äquivalenter Anordnung der formschlüssig wirkende Gestängeschlüssel 15 durch eine kraftschlüssig wirkende Backenklemme oder eine ähnliche Gestängeklemme ersetzt werden. Das Bohrfutter 5 wird dann als sogenannter Spannkopf ebenfalls kraftschlüssig ausgebildet.In the event that, contrary to the illustrated embodiment of FIGS . 1 and 2, a smooth rod is used, for example for core drilling, the otherwise technically and patent-equivalent arrangement of the form-locking rod wrench 15 can be replaced by a non-positive jaw clamp or a similar rod clamp. The drill chuck 5 is then also designed as a so-called clamping head.

Das Lösen - nachfolgend kurz "Brechen" genannt - der als festsitzend unterstellten Schraubverbindung 32 zwischen der Bohrstange 6 und der Bohrstange 7 wird mit der neuen Gesteinsdrehbohrmaschine 1 wie folgt durchgeführt:The loosening - hereinafter referred to as "breaking" for short - of the screw connection 32 , assumed to be fixed, between the boring bar 6 and the boring bar 7 is carried out with the new rock drilling machine 1 as follows:

Es wird unterstellt, daß das Bohrgestänge 8 in die in Fig. 1 gezeigte Position gezogen wurde, wobei die Bohrstange 6 noch mit der Bohrstange 7 verschraubt und im Bohrfutter 5 eingespannt sein soll. Unter sehr langsamer Rechtsdrehung des Bohrgestänges 8 entsprechend dem Richtungspfeil 26 gemäß Fig. 2 wird der Schließzylinder 19 derart beaufschlagt, daß der noch zurückstehende Gestängeschlüssel 15 gemäß Fig. 2 von seiner strichpunktierten Lage in seine ausgezogene Lage auf den zweiten Vierkantabschnitt 18′ der Bohrstange 7 des Bohrgestänges 8 aufgeschoben wird. Dabei führt der Gestängeschlüssel 15 mit seinem Schließzylinder 19 eine langsame Drehung durch, bis die Außenkanten 27, 27′ des Gestängeschlüssels 15 mit den Anschlagflächen 28, 28′ in Anlage gelangen. Nun wird der Bohrmotor 2, hier der Hydraulikmotor 2, bei maximaler Beaufschlagung auf Linkslauf umgeschaltet, wobei er das unbelastete Bohrgestänge 8 um den Freigangwinkel 31 entsprechend dem Richtungspfeil 30 ohne nennenswerten Widerstand drehen kann. Die volle Leistung des Bohrmotors 2 steht zur Beschleunigung des Schwungrades 3 so lange zur Verfügung, wie das infolge des Untersetzungsgetriebes 11 einen mehrfach größeren Freigangwinkel als den 31 des Gestängeschlüssels 15 aufweisende Schwungrad 3 auf die Nenndrehzahl des Bohrmotors 2 hochläuft. Dann erreicht der Gestängeschlüssel 15 die in Fig. 2 dargestellte Lage und wird von den Anschlagflächen 16, 16′ schlagartig abgebremst. Das jetzt schnelldrehende Schwungrad 3 kann dieser schlagartigen Abbremsung jedoch nicht folgen. Es übt über das Untersetzungsgetriebe 11, die Abtriebswelle 4 und das sehr fest haltende Bohrfutter 5 auf die Bohrstange 6 einen Drehimpuls aus, der mit einem Vielfachen des Nennmomentes die Schraubverbindung 32 zwischen der Bohrstange 6 und der Bohrstange 7 bricht und damit ihren Festsitz löst.It is assumed that the drill string 8 has been pulled into the position shown in FIG. 1, the drill rod 6 still being screwed to the drill rod 7 and to be clamped in the drill chuck 5 . Under very slowly clockwise rotation of the drill rod assembly 8 in accordance with the direction arrow 26 of FIG. 2, the lock cylinder 19 is pressurized such that the back yet standing pole key 15 shown in FIG. 2 of the of its dot-dash position to its extended position to the second square section 18 'of the drill rod 7 Drill pipe 8 is pushed on. The rod key 15 with its locking cylinder 19 performs a slow rotation until the outer edges 27, 27 'of the rod key 15 with the stop surfaces 28, 28' come into contact. Now the drilling motor 2, here the hydraulic motor 2 is switched on at maximum applying reverse operation is, wherein he 8 can rotate according to the direction of arrow 30 without significant resistance, the unloaded drill string to the clearance angle 31st The full power of the drilling motor 2 is for accelerating the flywheel 3 available so long as the 15-containing flywheel 3 starts up as a result of the reduction gear 11 is a multiple greater clearance angle than the 31 of the drill key to the rated speed of the drill motor. 2 Then the rod key 15 reaches the position shown in Fig. 2 and is suddenly braked by the stop surfaces 16, 16 ' . However, the now rapidly rotating flywheel 3 cannot follow this sudden braking. It exerts an angular momentum on the boring bar 6 via the reduction gear 11 , the output shaft 4 and the very firmly holding drill chuck 5 , which breaks the screw connection 32 between the boring bar 6 and the boring bar 7 with a multiple of the nominal torque and thus loosens its tight fit.

Wenn beispielsweise der Freigangwinkel 31 - wie dargestellt - 30° beträgt und zum Brechen der Schraubverbindung 32 unter hoher Reibung eine Verdrehung von 3° notwendig ist, dann wird das mit dem Nennmoment über 30° beschleunigte Schwungrad 3 beim Brechen ein zehnfaches Nennmoment abgeben, dem noch das weiterwirkende Nennmoment des Bohrmotors 2 hinzuzurechnen ist. Zum Brechen der Schraubverbindung 32 steht also das elffache Nennmoment an der Abtriebswelle 4 zur Verfügung. Um solch eine Drehmomentenspitze mit einer Gangschaltung oder durch Überdimensionierung des Bohrmotors zu erreichen, wäre ein vielfach höherer Bauaufwand erforderlich.For example, if the clearance angle 31 - as shown - is 30 ° and to break the screw connection 32 under high friction a rotation of 3 ° is necessary, then the flywheel 3 accelerated with the nominal torque above 30 ° will give a tenfold nominal torque when breaking, which still the effective nominal torque of the drilling motor 2 is to be added. To break the screw connection 32 , the eleven times the nominal torque is available on the output shaft 4 . In order to achieve such a peak torque with a gear shift or by oversizing the drill motor, a much higher construction effort would be required.

Die vorstehend dargelegte Impulsbetrachtung zeigt, daß dabei die Getriebeübersetzung keine Rolle spielt, solange der Bohrmotor 2 während seiner gesamten freien Drehung sein Nennmoment an das Schwungrad 3 abgibt, also die Beschleunigung noch andauert. Dazu sollte allerdings das Schwungrad 3 stets vorteilhaft auf der am schnellsten drehenden Welle 10 des Bohrgetriebes montiert sein, wenn es nicht unnötig groß und schwer dimensioniert werden muß. Die erforderliche Überdimensionierung des Untersetzungsgetriebes 11 zur Übertragung der Drehmomentenspitzen fällt demgegenüber wesentlich geringer ins Gewicht. Diese Betrachtung zeigt auch, daß das Schwungrad 3 über das Untersetzungsgetriebe 11, die Abtriebswelle 4 und das Bohrfutter 5 möglichst drehunelastisch mit der Bohrstange 6 gekuppelt sein sollte. Ein elastisch möglicher Verdrehwinkel müßte nämlich dem an sich kleinen Brechwinkel hinzuaddiert werden, wodurch die zur Verfügung stehende Drehmomentenspitze rasch vermindert wird.The pulse analysis set out above shows that the gear ratio does not play a role as long as the drilling motor 2 delivers its nominal torque to the flywheel 3 during its entire free rotation, that is to say the acceleration still continues. For this purpose, however, the flywheel 3 should always be advantageously mounted on the fastest rotating shaft 10 of the drilling gear if it does not have to be unnecessarily large and heavy. The oversizing of the reduction gear 11 required for the transmission of the torque peaks, on the other hand, is significantly less important. This consideration also shows that the flywheel 3 should be coupled to the boring bar 6 as non-rotatably as possible via the reduction gear 11 , the output shaft 4 and the drill chuck 5 . An elastically possible twist angle would have to be added to the small refractive angle, which quickly reduces the torque peak available.

Hierauf hat auch die elastische Kupplung 12 zwischen dem Hydraulikmotor 2 und dem Schwungrad 3 keinen Einfluß, da ihr lediglich die Aufgabe und somit die Wirkung zukommt, vom Bohrgestänge 8 ausgehende Torsionsschwingungen auf den Hydraulikmotor 2 zu unterbinden.The elastic coupling 12 between the hydraulic motor 2 and the flywheel 3 also has no influence on this, since it merely has the task and thus the effect of preventing torsional vibrations from the drill pipe 8 on the hydraulic motor 2 .

In den Fig. 3 und 4 ist der Drehbohrantrieb 33 einer zweiten Ausführungsform der neuen Gesteinsdrehbohrmaschine dargestellt. Dabei besteht der Bohrmotor aus einem an sich bekannten Druckluftmotor 34, dessen massiv ausgebildete Zahnradrotoren 35, 36 die Schwungmasse bilden. Es ist auch möglich, den Druckluftmotor 34 durch einen nicht dargestellten Elektromotor zu ersetzen und sodann dessen mit entsprechender Masse behafteten Läufer die Schwungmasse bilden zu lassen.In FIGS. 3 and 4, the rotary drill 33 is shown a second embodiment of the new rock drilling machine. The drill motor consists of a known compressed air motor 34 , the solid gear rotors 35, 36 form the flywheel. It is also possible to replace the compressed air motor 34 by an electric motor, not shown, and then to have the rotor with the appropriate mass form the flywheel.

Von dem Druckluftmotor 34 erfolgt über das Motorritzel 37, das Zahnrad 38, die Ritzelwelle 39 und das Zahnrad 40, die gemeinsam ein mehrstufiges Untersetzungsgetriebe 41 bilden, eine entsprechende Drehmomentenübertragung auf die Abtriebswelle 42. Das freie Ende 43 dieser Abtriebswelle 42 ist über die Schrauben 45 drehfest mit einer Gestängeaufnahme 44 in Form eines Mehrkantzapfens verbunden. Mit der Abtriebswelle 42 ist über die Paßfeder 46 drehfest eine Buchse 47 gekuppelt, die mit zwei radial vorspringenden Flügeln 48 versehen ist. Auf der Buchse 47 ist das Zahnrad 40 frei drehbar angeordnet, welches an seiner den Flügeln 48 zugekehrten Seite 49 mit ebenfalls zwei um je 18° zueinander versetzten und mit den Flügeln 48 zusammenwirkenden Klauen 50 versehen ist.A corresponding torque transmission to the output shaft 42 takes place from the compressed air motor 34 via the motor pinion 37 , the gear wheel 38 , the pinion shaft 39 and the gear wheel 40 , which together form a multi-stage reduction gear 41 . The free end 43 of this output shaft 42 is connected in a rotationally fixed manner to a linkage receptacle 44 in the form of a polygonal pin via the screws 45 . A bushing 47 , which is provided with two radially projecting wings 48 , is coupled non-rotatably to the output shaft 42 via the parallel key 46 . On the bushing 47 , the gear 40 is freely rotatable, which is provided on its side 49 facing the wings 48 with two claws 50 which are also offset by 18 ° to each other and interact with the wings 48 .

Aufgrund dieser Anordnung wird die entsprechend dem Richtungspfeil 51 von Fig. 4 rechtsherum zum Bohren angetriebene Abtriebswelle 42 vom Zahnrad 40 sowie über dessen Klauen 50 und die Flügel 48 der Buchse 47 gedreht, wobei zwischen den Klauen 50 und den Flügeln 48 ein Freigangwinkel 52 besteht, der bei Drehrichtungsumkehr im Leerlauf durchfahrbar ist.Due to this arrangement, the output shaft 42, which is driven for drilling to the right in accordance with the directional arrow 51 of FIG. 4, is rotated by the gearwheel 40 and via its claws 50 and the wings 48 of the bushing 47 , a clearance angle 52 existing between the claws 50 and the wings 48 , which can be driven through at idle when the direction of rotation is reversed.

Eine mit diesem Drehbohrantrieb 33 versehene Entspannungsbohrmaschine ist ein Beispiel für eine Gesteinsdrehbohrmaschine, deren Bohrgestänge von formschlüssig zusammengesteckten Bohrstangen gebildet wird. Die dabei verwendeten, mehrkantigen Steckverbinder entsprechen im wesentlichen der Gestängeaufnahme 44 und übertragen die Antriebsmomente in beiden Drehrichtungen.An expansion drilling machine provided with this rotary drilling drive 33 is an example of a rock drilling machine, the drill rods of which are formed by boring bars which are positively connected. The multi-edged plug connectors used here essentially correspond to the rod receptacle 44 and transmit the drive torques in both directions of rotation.

Der Drehimpuls entsteht hierbei in ähnlicher Weise, wie er beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß dem Zusammenwirken der Schwungmasse 3 mit der Freigangkupplung 14 erläutert wurde. Sobald der Druckluftmotor 34 auf Linksdrehung eingeschaltet wird, erfolgt über das Untersetzungsgetriebe 41 auf die Abtriebswelle 42 eine entsprechende Drehmomentenübertragung. Dadurch dreht sich das letzte Zahnrad 40 in Richtung des Pfeiles (53) von Fig. 4 so lange nach links, bis seine Klauen 50 schlagartig in die dargestellte Anlage der Fig. 4 mit den Flügeln 48 der Buchse 47 gelangen. Da die Buchse 47 über die Paßfeder 46 drehfest mit der Abtriebswelle 42 gekuppelt ist, erfolgt über die Gestängeaufnahme 44 ein schlagartiger Drehimpuls auf das beispielsweise im Gebirge festsitzende Schneckenbohrgestänge zum Entspannungsbohren. Dabei kann sehr schnell reagiert werden, weil keine Gangumschaltung erforderlich ist. Die Schnelligkeit des Lösevorganges erhöht wesentlich die Erfolgschancen. Dazu trägt außerdem bei, daß nach dem Einwirken des Drehimpulses zum Losschlagen des Bohrgestänges unmittelbar mit weiterer Linksdrehung das Bohrgestänge aus der blockierenden Zone herausgedreht werden kann.The angular momentum arises here in a manner similar to that explained in the first exemplary embodiment according to the interaction of the flywheel 3 with the free-wheel clutch 14 . As soon as the compressed air motor 34 is turned to the left, a corresponding torque transmission takes place via the reduction gear 41 to the output shaft 42 . As a result, the last gear 40 rotates in the direction of the arrow ( 53 ) of FIG. 4 to the left until its claws 50 suddenly reach the system shown in FIG. 4 with the wings 48 of the bushing 47 . Since the bushing 47 is coupled in a rotationally fixed manner to the output shaft 42 via the feather key 46 , an abrupt angular momentum takes place via the linkage receptacle 44, for example, for screw drilling rods that are stuck in the mountains for relaxation drilling. You can react very quickly because no gear change is required. The speed of the solving process significantly increases the chances of success. This also contributes to the fact that after the action of the angular momentum to detach the drill pipe, the drill pipe can be rotated out of the blocking zone with a further left turn.

Wie außerdem Fig. 3 zeigt, gestattet der erfindungsgemäße Bohrantrieb 33 eine nicht oder nur unwesentlich größere Bauweise als ein herkömmlicher Bohrantrieb ohne Freigangkupplung 48, 50. As also shown in FIG. 3, the drilling drive 33 according to the invention permits a construction which is not or only insignificantly larger than a conventional drilling drive without a freewheel clutch 48, 50 .

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 - Gesteinsdrehbohrmaschine
2 - Bohrmotor in Form eines Hydraulikmotors
3 - Schwungrad
4, 42 - Antriebswelle
5 - Bohrfutter
6, 7 - Bohrstangen
8 - Bohrgestänge
9; 46 - Paßfeder
10 - Vorlegewelle
11; 41 - Untersetzungsgetriebe
12 - elastische Kupplung
13, 33 - Drehbohrantrieb
14; 48, 50 - Freigangkupplung
15 - Gestängeschlüssel
16, 16′, 28, 28′ - Anschlagflächen des Gestängeschlüssels 15
17 - Gestängeabfangvorrichtung
18′ - zweiter Vierkantabschnitt der Bohrstangen 6, 7
18 - erster Vierkantabschnitt des Bohrfutters 5
19 - Schließzylinder
20 - radialer Abstand vom Schließzylinder 19 zur Bohrgestängeachse 21
21 - Bohrgestängeachse
22 - Nocken
23 - Bogenausschnitt von Schild 24
24 - Schild
25, 29 - Stützen der Gestängeabfangvorrichtung 17
26, 30, 51, 53 - Richtungspfeile
27, 27′ - Außenkanten des Gestängeschlüssels 15
31 - Freigangwinkel
32 - Schraubverbindung zwischen den Bohrstangen 6 und 7
34 - Druckluftmotor
35, 36 - Zahnradrotoren
37 - Motorritzel
38, 40 - Zahnrad
39 - Ritzelwelle
43 - freies Ende der Abtriebswelle 42
44 - Gestängeaufnahme
45 - Schrauben
47 - Buchse
48 - Flügel
49 - Seite des Zahnrades 40
50 - Klauen
52 - Freigangwinkel 1 - Rock rotary drilling machine
2 - drilling motor in the form of a hydraulic motor
3 - flywheel
4, 42 - drive shaft
5 - drill chuck
6, 7 - boring bars
8 - drill pipe
9; 46 - key
10 - countershaft
11 ; 41 - Reduction gear
12 - elastic coupling
13 , 33 - rotary drilling drive
14 ; 48 , 50 - freewheel clutch
15 - rod key
16 , 16 ', 28 , 28 ' - stop surfaces of the rod key 15
17 - Linkage support device
18 '- second square section of the boring bars 6 , 7
18 - first square section of the drill chuck 5
19 - locking cylinder
20 - radial distance from the locking cylinder 19 to the drill pipe axis 21
21 - drill pipe axis
22 - cams
23 - Arc cut from plate 24
24 - shield
25 , 29 - supports of the rod interception device 17
26 , 30 , 51 , 53 - directional arrows
27 , 27 '- outer edges of the rod key 15
31 - Clearance angle
32 - screw connection between boring bars 6 and 7
34 - Air motor
35 , 36 - gear rotors
37 - Motor pinion
38 , 40 - gear
39 - pinion shaft
43 - free end of the output shaft 42
44 - boom mount
45 - screws
47 - socket
48 - wing
49 - side of the gear 40
50 - claws
52 - Clearance angle

Claims

1. rock drilling machine with a drill motor, a flywheel and a driven shaft, which is coupled with a composite of a plurality of drill rods drill string, characterized in that the flywheel mass (3, 35, 36) with the respective operating speed of the drill motor (2, 34) to turn left rotatable and non-elastically coupled with the output shaft ( 4, 42 ) and in the shaft train ( 4, 10; 37, 39, 42 ) between the flywheel ( 3; 35, 36 ) on the one hand and the rod interception device ( 17 ) (e.g. in large hole drilling machines ( 1 ) ) or the linkage receptacle ( 44 ) (for example in the case of expansion drills ( 33 )), on the other hand, a free-motion clutch ( 14; 48, 50 ) is provided.

2. Rock drilling machine according to claim 1, characterized in that the flywheel mass ( 3 ) consists of a flywheel ( 3 ) arranged on a shaft ( 10 ) of the rotary drilling drive ( 13 ) in a manner fixed against relative rotation.

3. Rock drilling machine according to claim 2, characterized in that a torsionally flexible coupling ( 12 ) is arranged between the drill motor ( 2 ) and the flywheel ( 3 ).

4. Rock drilling machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the motor consists of a known hydraulic ( 2 ) or an electric motor.

5. rock rotary drilling machine according to claim 1, characterized in that the flywheel is formed by rotating parts ( 35, 36 ) of the drill motor ( 34 ).

6. rock rotary drilling machine according to claim 5, characterized in that the drill motor ( 34 ) consists in a conventional manner from a compressed air motor, the solidly formed gear rotors ( 35, 36 ) form the flywheel.

7. rock rotary drilling machine according to claim 5, characterized, that the drill motor from a known Electric motor exists, the rotor of which Inertia forms.

8. rock rotary drilling machine, in particular in the form of a large hole drilling machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the free clutch ( 14 ) is formed by a rod interception device ( 17 ) in which an element comprising the drill rod ( 8 ) rotatably in the form of a form-fitting Acting rod key ( 15 ) or a force-locking rod clamp with jaw chuck between fixed stops ( 16, 16 ) and ( 28, 28 ) can be rotated by an clearance angle ( 31 ).

9. rock drilling machine according to claim 8, characterized in that a rod ( 15 ) actuating locking cylinder ( 19 ) together with the rod key ( 15 ) about the clearance angle ( 31 ) freely pivotable, but is guided radially immovable.

10. Rotary rock drilling machine according to claims 8 and 9, characterized in that the locking cylinder ( 19 ) is provided on two opposite sides with cams ( 22 ) which in plates ( 24 ) of the rod interception device ( 17 ) in concentric to the drill rod axis ( 21 ) Arch sections ( 23 ) are pivotable about the clearance angle ( 31 ).

11. Rock drilling machine according to one of claims 1 to 10, in particular in the form of a relaxation drill, characterized in that the free-running coupling between the rod holder ( 5, 44 ) and the flywheel ( 3, 35, 36 ) from a arranged on the output shaft ( 42 ) Claw coupling ( 48, 50 ) exists.

12. Rotary rock drilling machine according to claim 11, characterized in that on the output shaft ( 42 ) rotatably a with at least one wing ( 48 ) provided socket ( 47 ) is arranged on which an output gear ( 40 ) is freely rotatably mounted, which at its Wing ( 48 ) facing side ( 49 ) is provided with at least one claw ( 50 ) which interacts with the wing ( 48 ).