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Dokumentenidentifikation DE69408310T2 10.09.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0694115
Titel BOHRANORNUNG UND VORSCHUBVORRICHTUNG
Anmelder Leppanen, Jarmo Uolevi, Germiston, Transvaal, ZA;
Briggs, Roger Robarts, Kenilworth, Warwickshire, GB
Erfinder Leppanen, Jarmo Uolevi, Germiston, Transvaal, ZA;
Briggs, Roger Robarts, Kenilworth, Warwickshire, GB
Vertreter Winter, Brandl & Partner, 85354 Freising
DE-Aktenzeichen 69408310
Vertragsstaaten AT, DE, FR, GB, IE, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.04.1994
EP-Aktenzeichen 949131635
WO-Anmeldetag 19.04.1994
PCT-Aktenzeichen GB9400828
WO-Veröffentlichungsnummer 9424408
WO-Veröffentlichungsdatum 27.10.1994
EP-Offenlegungsdatum 31.01.1996
EP date of grant 28.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.09.1998
IPC-Hauptklasse E21B 19/08

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohranordnung und einen Bohrvorschubmechanismus.

Eine Reihe verschiedener Bohrvorschubvorrichtungen wird im Untertagebergbau und beim Langlochproduktionsbohren verwendet. Einige dieser bekannten Vorrichtungen sind in den Figuren 1 bis 5 der Begleitzeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Bohrvorschubkonstruktion, die einen Vorschubbalken 8 mit einem Kettenvorschub 10 beinhaltet, wobei ein Hydraulik- oder Druckluftmotor ein Kettenrad 12 direkt oder über ein Reduktionsgetriebe dreht. Die Kette ist mit einem Bohrhammer 14 verbunden, und dadurch wird eine Linearbewegung auf einen Bohrstab 16 übertragen, der durch einen Zentralisierer 18 läuft.

Es ist ebenso bekannt (s. Fig. 2), einen Schneckenvorschubmechanismus einzusetzen, bei dem ein geeigneter Motor 20 einen Gewindestab 22 dreht. Eine Gewindehülse 24, die sich mit dem Stab in Eingriff befindet, ist mit einem Bohrhammer 14 verbunden und setzt die Drehbewegung des Stabes in eine Linearbewegung des Bohrhatnmers und seines Bohrstabes 16um.

Es ist ebenso bekannt, teleskopische Zylinder zu benutzen, um einen Bohrhammer vorzubewegen. Der Anmelderin sind drei Typen von Anordnungen bekannt.

Die erste Anordnung) in Fig. 3 gezeigt, beinealtet einen Zylinder 26 sowie einen ersten und einen zweiten Kolben 28 und 30, die so angeordnet sind, daß der erste Kolben 28 als Zylinderröhre für den zweiten Kolben 30 wirkt. Der erste Kolben, das heißt die Zylinderröhre, ist von einer vorstehenden Position auf einer Seite des Zylinders in eine vorstehende Position auf der anderen Seite des Zylinders beweglich. Der Zylinder 26 ist durch eine mechanische Verbindung 32 unmittelbar mit einem Bohrhammer 14 verbunden.

In dem zweiten Anordnungstyp (Fig. 4) verläuft ein länglicher erster Kolben 34 im wesertdichen über die volle Weglänge des Bohrhammers und durch eine Zylinderröhre 36, die auch als zweiter Kolben fungiert, der sich innerhalb eines Zylinders 38 befindet, der an einem Bohrhammer 14 befestigt ist.

In einer dritten Anordnung, die in Fig. 5 gezeigt ist, werden wiederum der erste und der zweite Kolben 40 und 42 benutzt, wobei sich der erste Kolben 40 innerhalb eines Zylinders 44 befindet und von einem Ende des Zylinders aus verläuft. Der erste Kolben fungiert als Zylinderröhre für den zweiten Kolben 42, der von der Zylinderröhre aus in derselben Richtung verläuft wie ein Bohrstab 16, der an einem Bohrhammer 14 angebracht ist.

Ein gemeinsames Merkmal des obengenannten teleskopischen Zylindervorschubs besteht darin, daß ein oder beide Kolbenstäbe der Vorderseite des Bohrhammers ausgesetzt sind. Steine und Material, die"das beim Bohren gelöst wurde(n), können/kann auf die freiliegenden Kolben fallen und die Kolben beschädigen oder eine rasche Abnutzung der Zylinderdichtungen verursachen. Dies führt zu zusätzlichen Kosten und Bohrstandzeiten. Ein ähnlicher Nachteil besteht in bezug auf die Ketten- und Schneckenvorschubvorrichtung, da die Kette und der Gewindestab von Material getroffen werden können, das während des Bohrens gelöst wurde.

Es ist wünschenswert, eine konstante Vorschubkraft zu haben, die durch die Bohrvorschubkonstruktion auf den Bohrhammer ausgeübt wird. Eine konstante Kraft läßt sich leicht mit einem Kettenvorschub oder einem Schneckenvorschub erzielen. Bei mehrstufigen teleskopischen Zylindervorschüben ist es jedoch notwendig, die Kolben mit Bereichen, die unter Druck gesetzt werden, gleicher Größe herzustellen. Dadurch ergeben sich wiederum Begrenzungen in bezug auf die Abmessungen des Vorschubzylinders, die die Erzeugung optimaler Bauarten hindern oder verhindern können.

Das US-Patent Nr.4553612 offenbart eine Bohranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, umfassend einen Vorschubbalken, einen Bohrer, der für eine Bewegung relativ zu dem Vorschubbalken montiert ist und in einen Bohrstab eingreifen kann, der sich in einer ersten Richtung von dem Bohrer erstreckt, und einen hydraulischen Vorschubmechanismus mit einem Zylinder, der auf den Bohrer einwirkt, und einem Kolben, der teleskopisch in den und aus dem Zylinder beweglich ist, und der sich, wenn er sich von dem zweiten Zylinder erstreckt, in einer zweiten Richtung bewegt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei in ein vorstehendes Ende des Kolbens eine an dem Vorschubbalken befindliche Vorrichtung eingreift. Wie bereits oben angedeutet, ist es wünschenswert, einen mehrstufigen Vorschubmechanismus zum Regeln des Vorschubs des Bohrhammers zu haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Bohranordnung bereit, umfassend einen Vorschubbalken, einen Bohrer, der für eine Bewegung relativ zu dem Vorschubbalken montiert ist und in einen Bohrstab eingreifen kann, der sich in einer ersten Richtung von dem Bohrer erstreckt, und einen hydraulischen Vorschubmecanismus mit einem ersten Zylinder, der auf den Bohrer einwirkt, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der hydraulische Vorschubmechanismus mehrstufig ist und einen zweiten Zylinder, der teleskopisch in den und aus dem ersten Zylinder beweglich ist und der sich nur anf eine Seite des ersten Zylinders erstreckt, einen Kolben, der teleskopisch in den und aus dem zweiten Zylinder beweglich ist und der sich, wenn er sich von dem zweiten Zylinder erstreckt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei in ein vorstehendes Ende des Kolbens eine an dem Vorschubbalken befindliche Vorrichtung eingreift, und ein Differentialsteuermittel zum Regeln der Krart aufweist, die von dem hydraulischen, mehrstufigen Vorschubmechanismus ausgeübt wird.

Das Differentialsteuermittel kann eine beliebige geeignete Vorrichtung aufweisen, die die gennte Kraft mit einem im wesentlichen konstanten Wert regelt, und kann beispielsweise aus einem verstellbaren Folgeventil oder einem federnd vorgespannten und gedrosselten Einwegventil oder einem Wechselventil bestehen.

Das Differentialsteuermittel kann sich außerhalb des Zylinders oder innerhalb des Zylinders befinden und kann im letzteren Fall an einem der Kolben montiert sein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 bis 5 bekannte Vorrichtungen, die im einleitenden Teil der vorliegenden Beschreibung erläutert wurden;

Fig. 6 eine vereinfachte Seitenansicht einer Bohranordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine vereinfachte Querschnittsansicht, in einem vergrößerten Maßstab, eines Bohrvorschubmechanismus, der in der Bohranordnung von Fig. 6 zum Einsatz kommt; und

Fig. 8 und deren Einsatzzeichnung Fig. 9 eine Variation der in Fig. 7 gezeigten Anordnung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG

Fig. 6 der Begleitzeichnungen illustriert eine Bohranordnung gemäß der Erfindung, die einen Vorschubbalken 110, einen Bohrer 112, einen Bohrstab 114, der von dem Bohrer verläuft und sich durch einen Vorstabzentralisierer 116 erstreckt, und einen Bohrvorschubmechanismus 118 aufweist.

Der Mechanismus beinhaltet einen Zylinder 120, der mittels einer mechanischen Verbindung 121 an dem Bohrer 112 befestigt ist.

Fig. 7 illustriert, in einem vergrößerten Maßstab, den Aufbau des Bohrvorschubmechanismus 118. Der Mechanismus beinhaltet den Zylinder 120 und einen innerhalb des Zylinders montierten ersten Kolben 122, der als Zylinderröhre für einen zweiten Kolben 124 fungiert.

Der Zylinder 120 beinhaltet Dichtungen 126, die auf eine Außenfläche des ersten Kolbens 122 wirken. Der erste Kolben wiederum beinhaltet Dichtungen 128 und 130, die jeweils auf eine Außenfläche des zweiten Kolbens und auf eine Innenfläche des Zylinders wirken. Der zweite Kolben beinhaltet Dichtungen 132, die auf eine Innenfläche des ersten Kolbens wirken.

Der erste Kolben hat ein erstes Ende 134 auf einer Seite der Dichtung 130 und eine Reaktionsfläche 135 auf einer gegenüberliegenden Seite der Dichtung. Der zweite Kolben 124 hat ein erstes Ende 136 und ein vorstehendes zweites Ende 138.

Ein erstes veränderliches Volumen 140 wird innerhalb des Zylinders 120 gebildet und teilweise durch die ersten Enden 134 und 136 des ersten bzw. zweiten Kolbens begrenzt. Ein zweites veränderliches Volumen 142 wird ebenfalls innerhalb des Zylinders gebildet, auf einer gegenüberliegenden Seite der Dichtung 130, und teilweise durch die Reaktionsfläche 135 begrenzt.

Es wird ein Anschluß 144 benutzt, um eine Hydraulikleitung 146 mit dem ersten veränderlichen Volumen 140 zu verbinden.

Die Versorgungsleitung 146 verläuft ebenfalls über eine Differentialsteuervorrichtung 148 zu einem zweiten Anschluß 150, der mit dem zweiten veränderlichen Volumen 142 in Verbindung steht.

Eine zweite Hydraulikleitung 152 führt zu einer gegenüberliegenden Seite der Differentialsteuervorrichtung 148 und zu einem Anschluß 154 in der Nähe des zweiten Endes 138 des zweiten Kolbens. Dieser Anschluß verläuft über einen Innenkanal 156 im zweiten Kolben zu einem Ausgangsanschluß 158, der in ein Volumen 160 öffnet, das zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben gebildet wird.

Die Differentialsteuervorrichtung 148 beinhaltet ein gedrosseltes, federnd vorgespanntes Einwegventil 162 und ein Wechselventil 164.

In bezug auf Fig. 6 ist zu bemerken, daß das zweite Ende 138 des zweiten Kolbens 124 gegen ein Ende des Vorschubbalkens 110 wirkt und daran befestigt ist.

Wenn das Volumen 140 mit Hydrauliköl, das über die Versorgungsleitung 146 zugeführt wird, unter Druck gesetzt wird, dann entsteht ein relativ erhöhter Druck in dem Volumen 142 aufgrund der Wirkung des federnd vorgespannten und gedrosselten Rückschlagventils 162. Durch Berücksichtigen der relativen Bereiche des ersten Endes 134 und der Reaktionsfläche 135 und durch angemessenes Variieren der Druckdifferenz zwischen den beiden Volumen 140 und 142 können die Kräfte am Ende 134 und auf der Oberfläche 135 geregelt werden, um eine Situation zu erzielen, bei der:

(a) beide Kolben gleichförmig relativ zu dem Zylinder ausgefahren werden, bis der erste Kolben 122 eine Begrenzungsposition erreicht, worauf der zweite Kolben 124 von dem ersten Kolben aus weiter ausgefahren wird, oder

b) der zweite Kolben 124 von dem ersten Kolben 122 ausgefahren wird, bis eine Begrenzungsposition relativ zu dem ersten Kolben erreicht ist, worauf die beiden Kolben gleichförmig von dem Zylinder ausgefahren werden.

Zum Beispiel, in Situation (b) können die Kräfte auf das Ende 134 und auf die Reaktionsfläche 135 so ausgeglichen werden, daß die Ausfahrkraft diejenige ist, die am Ende 136 des zweiten Kolbens entsteht. Die Ausfahrkraft bleibt während des Kolbenausfahrvorganges konstant.

Andererseits wird möglicherweise bevorzugt, mit Situation (a) zu arbeiten, da der erste Kolben, der einen größeren Durchmesser hat als der zweite Kolben, relativ steifer ist. Um diese Situation zu erzielen, ist die Kraft am Ende 134 etwas höher als die Kraft auf der Oberfläche 136. Bei dieser Anordnung gibt es jedoch eine geringfügige Verringerung der Ausfahrkraft, wenn der erste Kolben das Ende seines Hubes erreicht, und der zweite Kolben fahrt dann von dem ersten Kolben aus weiter vor.

Da das zweite Ende 138 des zweiten Kolbens an dem Vorschubbalken befestigt ist, wird die obengenannte Bewegung des Bohrvorschubmechanismus in eine Linearbewegung des Bohrers 112 in einer Richtung umgesetzt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der die Kolben relativ zu dem Zylinder 120 ausfahren.

Wenn der Vorschubmechanismus zurückgefahren werden muß, dann wird die Leitung 152 unter Druck gesetzt. Dadurch wird das Volumen 142 unter Druck gesetzt und der erste Kolben nach rechts bewegt. Ebenso wird das Volumen 160 unter Druck gesetzt und der zweite Kolben nach rechts bewegt.

Aus einer Untersuchung von Fig. 6 geht hervor, daß die Kolben 122 und 124 nur von einer Seite des Zylinders 120 aus vorfahren. Sie fahren nicht von dem Zylinder in Richtung des Bohrstabes und werden tatsächlich an Positionen hinter dem vorfahrenden Bohrer 112 gehalten. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Schutz für die Kolben durch den Bohrer 112 selbst. Der Bohrer schützt die Kolben während des Bohrvorganges vor herabfallenden Steinen und Bohrspänen. Dadurch werden keine Innenteile des Vorschubmechanismus vor dem Bohrer gefährdet.

In der Anordnung von Fig. 7 ist die Differentialsteuervorrichtung 148 außerhalb des Zylinders montiert. Die Figuren 8 und 9 zeigen, daß es möglich ist, eine gleichwertige Vorrichtung 148A an dem ersten Kolben 122 in dem Zylinder zu montieren.

Die Vorrichtung 148A beinhaltet eine Führung zum Öffnen des Einwegventils 180, eine Führungsleitung 184 und ein drosselndes Einwegventil 182. Das Ventil 182 könnte durch ein Folgeventil ersetzt werden. Weitere in den Figuren 8 und 9 gezeigte Komponenten haben ähnliche Bezugsziffern wie die, die in den Figuren 6 und 7 benutzt wurden. Die Vorrichtung 148A arbeitet im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die Vorrichtung 148, da die Führungsleitung 184 das Ventil 180 öffnet, wenn das Volumen 140 unter Druck gesetzt wird, und ermöglicht es, daß das Hydrauliköl durch das drosselnde Einwegventil 182 fließt, um eine Druckdifferenz einer gewünschten Höhe zwischen den beiden Volumen 140 und 142 zu erzeugen.

Die Vorrichtung 148A wird, da sie sich innerhalb des Zylinders befindet, geschützt und der äußere Aulbau des Vorschubmechanismus wird vereinfacht.


Anspruch[de]

1. Bohranordnung, umfassend einen Vorschubbalken (110), einen Bohrer (112), der für eine Bewegung relativ zu dem Vorschubbalken montiert ist und in einen Bohrstab (114) eingreifen kann, der sich in einer ersten Richtung von dem Bohrer erstreckt, und einen hydraulischen Vorschubmechanismus (118) mit einem ersten Zylinder (120), der auf den Bohrer einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Vorschubmechanismus mehrstufig ist und einen zweiten Zylinder (122), der teleskopisch in den und aus dem ersten Zylinder beweglich ist und der sich nur auf eine Seite des ersten Zylinders erstreckt, einen Kolben (124), der teleskopisch in den und aus dem zweiten Zylinder beweglich ist und der sich, wenn er sich von dem zweiten Zylinder erstreckt, in einer zweiten Richtung bewegt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei in ein vorstehendes Ende (138) des Kolbens eine an dem Vorschubbalken befindliche Vorrichtung eingreift, und ein Differentialsteuermittel (148, 148a) zum Regeln der Kraft aufweist, die von dem hydraulischen, mehrstufigen Vorschubmechanismus ausgeübt wird.

2. Bohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialsteuermittel die genannte Kraft mit einer im wesentlichen konstanten Kraft regelt.

3. Bohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Differentialsteuermittel außerhalb des Zylinders befindet.

4. Bohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Differentialsteuermittel innerhalb des Zylinders befindet und wenigstens an dem Kolben montiert ist.







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