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Dokumentenidentifikation DE69519390T2 17.05.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0796386
Titel ANORDNUNG ZUM BEFESTIGEN VON SCHWENKZYLINDERN AN EINEN AUSLEGER IN EINER GESTEINBOHREINHEIT
Anmelder Sandvik Tamrock Oy, Tampere, FI
Erfinder LEMMETTY, Pauli, FIN-33540 Tampere, FI
Vertreter Abitz & Partner, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69519390
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, FR, GB, IE, IT, LI, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.08.1995
EP-Aktenzeichen 959291212
WO-Anmeldetag 28.08.1995
PCT-Aktenzeichen FI9500458
WO-Veröffentlichungsnummer 9607014
WO-Veröffentlichungsdatum 07.03.1996
EP-Offenlegungsdatum 24.09.1997
EP date of grant 08.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.05.2001
IPC-Hauptklasse E21B 19/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anbringung von Schwenkzylindern in einem Ausleger für eine Gesteinsbohreinheit, umfassend einen Rahmen, einen in Bezug zum Rahmen um eine vertikale und horizontale Achse schwenkbar verbundenen Ausleger, einen zwischen dem Rahmen und dem Ausleger verbundenen Hubzylinder, um den Ausleger vertikal anzuheben und abzusenken, einen zwischen dem Rahmen und dem Ausleger verbundenen Schwenkzylinder, um den Ausleger in Bezug zum Rahmen seitwärts zu schwenken, eine um eine horizontale und vertikale Achse schwenkbar mit dem anderen Ende des Auslegers verbundene Halterung für ein Vorschubträgerelement, einen zwischen der Halterung und dem Ausleger verbundenen Kippzylinder, um die Halterung in Bezug zum Ausleger um eine horizontale Achse zu schwenken, und einen zwischen dem Ausleger und der Halterung verbundenen Querschwenkzylinder, um die Halterung in Bezug zum Ausleger um eine vertikale Achse zu schwenken.

Ein Problem bei Auslegern für Gesteinsbohreinheiten besteht darin, dass sich bei vertikalem Schwenken eines Vorschubträgerelements, wenn es gleichzeitig aus seiner aufrechten Stellung nach einer Seite seitlich abgelenkt ist, das Ende des Auslegers so bewegt, dass es einen Bogen beschreibt. Je größer die Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Auslegers ist, desto größer ist die gleichzeitige seitliche Schwenkbewegung nach außen. Dies wird durch die Gelenkstrukturen eines Auslegers und die daraus folgende Strukturgeometrie verursacht, deren Beseitigung durch mechanische Mittel sich in der Praxis als unmöglich erwiesen hat. Eine Schwäche bekannter Lösungen besteht auch darin, dass die Aufwärts- und Abwärtsschwenkwinkel von Auslegern nicht symmetrisch sind; der Abwärtswinkel ist aus praktischen Gründen kleiner als der Aufwärtswinkel. Folglich ist die seitliche Abweichung in beiden Winkelstellungen eines Auslegers viel zu groß, um sich handhaben zu lassen, und verursacht viel Mühe, wenn der Ausleger verwendet wird. Wenn man den Ausleger in seine äußersten seitlichen Winkel schwenken lässt, wobei er sich in seiner oberen Winkelstellung befindet, können sich die Gelenke der Zylinder in eine Stellung verlagern, in der der Ausleger nicht länger umkehren kann, sondern ortsfest blockiert ist.

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einer optimalen Beseitigung der vorstehenden Probleme und mit einer möglichst gleichen seitlichen Schwenkbewegung in der oberen und unteren Vertikalstellung eines Auslegers bereitzustellen. Die EP-A-140873 beschreibt eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Schwenkbewegung des Auslegers in diesem Schriftstück wird bis zu einem gewissen Grad behindert, weil sich der Schwenkzylinder und der Ausleger in derselben Ebene befinden. Die Anordnung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwenkzylinder zwischen einem Rahmen und einem Ausleger unter einem Winkel in Bezug zur Längsachse des Auslegers gekoppelt ist, so dass die Längsachse des Schwenkzylinders in Bezug zur Richtung der Längsachse des Auslegers vom Rahmen in Richtung auf das Ende des Auslegers eine Vertikalneigung nach unten aufweist.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass der Schwenkzylinder in Bezug zur Längsachse des Auslegers vertikal geneigt gekoppelt ist, so dass sich, wenn sich der Schwenkzylinder in der Horizontalebene befindet, der Ausleger in der Mitte seines Vertikalschwenkbereichs befindet, wobei das Aufwärts- oder Abwärtsschwenken des Auslegers aus dieser Stellung wegen der Stellung des Schwenkzylinders eine gleiche Abweichung sowohl in der äußersten oberen als auch unteren Stellung zur seitlichen Schwenkbewegung des Auslegers verursacht. Entsprechend ist der Querschwenkzylinder, der zum Schwenken des Vorschubträgerelements benötigt wird, unter einem Winkel zur Längsachse des Auslegers gekoppelt, wobei das Schwenken sowohl des Vorschubträgerelements als auch des Auslegers durch die Wirkung des Vertikalschwenkwinkels zu gleichen Winkeländerungen führt.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die Änderungen in der Richtung und den seitlichen Abweichungen sowohl des Auslegers als auch des Vorschubträgerelements bei vertikalem Schwenken sowohl oben als auch unten im wesentlichen in Bezug zur Horizontalebene dieselben sind, da die Winkel zwischen der Längsachse des Auslegers und des Schwenkzylinders, und entsprechend des Querschwenkzylinders, die vertikalen Abweichungen des Auslegers kompensieren.

Die Erfindung wird ausführlicher in den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1a ist eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung der Erfindung,

Fig. 1b ist eine schematische Seitenansicht einer Anordnung der Erfindung,

Fig. 2 stellt schematisch die Auslegergeometrie der Anordnung der Erfindung anhand eines Beispiels dar.

Fig. 1a stellt schematisch einen Teil eines Rahmens 1 dar, umfassend einen Ausleger 2 für eine Gesteinsbohreinheit, der um eine vertikale Achse 3 und eine horizontale Achse 4 schwenkbar verbunden ist. Ein Hubzylinder 5, nicht in der Figur dargestellt, ist zwischen dem Rahmen 1 und dem Ausleger 2 schwenkbar an beiden Enden verbunden und ist in Fig. 1b vom Ausleger 2 nach unten in Richtung auf den Rahmen 1 geneigt dargestellt. Zwischen dem Ausleger 2 und dem Rahmen 1 ist ein Schwenkzylinder 6 mit dem Rahmen 1 und dem Ausleger 2 an den Enden schwenkbar verbunden. Die Zylinder 5 und 6 sind beide so gekoppelt, dass sie imstande sind, in Bezug zum Rahmen 1 und zum Ausleger 2 sowohl in der Vertikal- als auch Horizontalebene zu schwenken. Eine solche Gelenkkopplung ist im allgemeinen an sich bekannt und wird in keiner größeren Einzelheit beschrieben. Eine Halterung 7 befindet sich am Ende des Auslegers 2, um ein Vorschubträgerelement am Ende des Auslegers 2 zu befestigen. Die Halterung 7 ist am Ende des Auslegers 2 um eine vertikale Achse 8 und eine horizontale Achse 9 schwenkbar verbunden. Fig. 1 stellt weiter einen zwischen dem Ausleger 2 und der Halterung 7 an seinen beiden Enden schwenkbar verbundenen Kippzylinder 10 zum vertikalen Anheben der Halterung 7 und mit derselben des Vorschubträgerelements in Bezug zum Ausleger 2 dar. Die Figur zeigt auch einen Querschwenkzylinder 11, der an seinen Enden zwischen dem Ausleger 2 und der Halterung 7 schwenkbar verbunden ist, um die Halterung 7 unabhängig von ihrem Vertikalwinkel um die vertikale Achse 8 zu schwenken.

Fig. 1b stellt entsprechend eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 1a dar. Die Figur zeigt, dass der Schwenkzylinder 6 und der Querschwenkzylinder 11 in Richtung auf die Längsachse des Auslegers 2 und weiter unter einem Abwärtswinkel in Bezug zum Ende des Auslegers 2 geneigt sind. Wenn sich der Ausleger 2 in der Horizontalebene befindet, beträgt die Vertikalwinkeldifferenz des Schwenkzylinders 6 vorzugsweise α, auf eine Weise, die in größerer Einzelheit in Fig. 2 dargestellt ist, die halbe Differenz zwischen dem obersten und untersten Vertikalschwenkwinkel des Auslegers 2. Entsprechend beträgt der Vertikalwinkel zwischen den Längsachsen des Querschwenkzylinders 11 und des Auslegers 2 β, die halbe Differenz zwischen den vertikal schwenkbaren Extremwinkeln der Halterung 7. Typischerweise sind die Winkel α und β gleich, aber sie können auch unterschiedlich sein.

Fig. 2 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen den Vertikalwinkeln des Auslegers 2 und den Winkeln des Schwenkzylinders 6. Linie L2a bezieht sich auf die Richtung der Längsachse des Auslegers, wenn sich der Ausleger 2 in der Horizontalebene befindet, Linie L2b bezieht sich auf die Richtung der Längsachse des Auslegers, wenn der Ausleger 2 zur weitest möglichen Aufwärtsstellung vertikal angehoben ist, und Linie L2c bezieht sich auf die Längsachse des Auslegers, wenn der Ausleger 2 zur weitest möglichen Abwärtsstellung vertikal geschwenkt ist. Typischerweise ist der Neigungswinkel des Auslegers 2 nach oben größer als nach unten, und dies ist dadurch veranschaulicht worden, dass dem oberen Höhenwinkel γ1 der Wert 50º und dem unteren Höhenwinkel γ2 der Wert 30º zugeordnet wurde. Um in den Extremstellungen sowohl der oberen als auch unteren Höhenwinkel gleiche seitliche Abweichungen des Endes des Auslegers 2 zu erhalten, unabhängig vom Seitwärtschwenkwinkel, muss die Wirkung des Schwenkzylinders 6 symmetrisch gemacht werden. Dies wird durch einen Winkel α zwischen der Längsachse L6 des Schwenkzylinders 6 und der Längsachse des Auslegers 2 erreicht, der weit genug ist, damit der Schwenkzylinder 6 im wesentlichen horizontal wird, während der Ausleger 2 zur Mitte der Extremgrenzen L2b und L2c zur Linie L2d geschwenkt wird. Wenn vollständig gleiche Abweichungen sowohl in der oberen als auch unteren Richtung erforderlich sind, beträgt folglich der Wert des Winkels α die Hälfte der Differenz zwischen dem oberen Schwenkwinkel γ1 und dem unteren Schwenkwinkel γ2, d. h. in dem in der Figur dargestellten Fall, (50º-30º) : 2 = 10º. Wenn sich der Ausleger 2 gemäß der Linie L2a in der Horizontalebene befindet, ist folglich die Abwärtsstellung des Schwenkzylinders 6 unter ihm, vom Gelenk zwischen dem Ausleger 2 und dem Rahmen, gleich dem Wert des Winkels α, d. h. in dem in der Figur dargestellten Fall, gleich 10º. Wenn der Schwenkzylinder 6 horizontal ist, d. h. parallel zur Linie L2a, ist entsprechend eine resultierende Aufwärtsbewegung des Auslegers gleich dem Wert des Winkels α, d. h. der Ausleger ist parallel zur Linie L2d. Die Neigung β des Querschwenkzylinders 11 der Halterung 7, die das Vorschubträgerelement trägt, wird ähnlich definiert und ist bei seiner einfachsten Realisierung gleich α. Wie aus den Figuren offensichtlich ist, sind die Gelenke des Schwenkzylinders und des Auslegers im wesentlichen in Bezug zum Rahmen 1 vereint, wenn der Ausleger 2 in Bezug zum Rahmen 1 geradeaus weist. Folglich sind die Mitten der Horizontalgelenke an der Basis des Auslegers in diesem Zustand im wesentlichen miteinander vereint, obwohl kleine strukturelle Unterschiede vorhanden sein können. Wenn das Vorschubträgerelement entsprechend so präzise wie möglich schwenken muss, werden ähnlich die Abmessungen des Vorschubträgerelements oder seine Horizontalgelenke so angeordnet, dass die Mitten dieser Horizontalgelenke im wesentlichen vereint sind. Es ist natürlich klar, dass beim Seitwärtsschwenken des Auslegers das Schwenken der Mitten der Gelenke dabei eine gewisse Abweichung von ihrer ursprünglichen Stellung in Bezug zueinander erzeugt, was zu einem kleinen Fehler wegen der Struktur des Mechanismus führt. Dies weist jedoch keine wesentliche Bedeutung im Hinblick auf die Erfindung auf, da die Bewegungen des Auslegers oberhalb und unterhalb der Mitte des Vertikalschwenkwinkels des Auslegers jedoch im wesentlichen symmetrisch sind.


Anspruch[de]

1. Anordnung zur Anbringung von Schwenkzylindern in einem Ausleger für eine Gesteinsbohreinheit, umfassend einen Rahmen (1), einen in Bezug zum Rahmen (1) um eine vertikale und horizontale Achse (3, 4) schwenkbar verbundenen Ausleger (2), einen zwischen dem Rahmen (1) und dem Ausleger (2) verbundenen Hubzylinder (5), um den Ausleger (2) vertikal anzuheben und abzusenken, einen zwischen dem Rahmen (1) und dem Ausleger (2) verbundenen Schwenkzylinder (6), um den Ausleger (2) in Bezug zum Rahmen (1) seitwärts zu schwenken, eine um eine horizontale und vertikale Achse (9, 8) schwenkbar mit dem anderen Ende des Auslegers (2) verbundene Halterung (7) für ein Vorschubträgerelement, einen zwischen der Halterung (7) und dem Ausleger (2) verbundenen Kippzylinder (10), um die Halterung (7) in Bezug zum Ausleger (2) um eine horizontale Achse (9) zu schwenken, und einen zwischen dem Ausleger (2) und der Halterung (7) verbundenen Querschwenkzylinder (11), um die Halterung (7) in Bezug zum Ausleger (2) um eine vertikale Achse (8) zu schwenken, wobei die Mitten der horizontalen Gelenke, in Bezug zur Basis, des Schwenkzylinders (6) und des Auslegers (2) im wesentlichen an der Basis des Auslegers miteinander vereinigt sind, wenn der Ausleger in Bezug zum Rahmen (1) geradeaus weist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkzylinder (6) zwischen dem Rahmen (1) und dem Ausleger (2) unter einem Winkel (α) in Bezug zur Längsachse des Auslegers (2) gekoppelt ist, so dass die Längsachse des Schwenkzylinders (6) in Bezug zur Richtung der Längsachse des Auslegers (2) vom Rahmen (1) aus in Richtung auf das Ende des Auslegers (2) eine Vertikalneigung nach unten aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen den Längsachsen des Schwenkzylinders (6) und des Auslegers (2) in der Vertikalebene im wesentlichen die halbe Differenz zwischen dem oberen Schwenkwinkel (γ1) und dem unteren Schwenkwinkel des Auslegers (2) in Bezug zur Horizontalebene beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschwenkzylinder (11) zwischen dem Ausleger (2) und der Halterung (7) in Bezug zur Längsachse des Auslegers (2) ähnlich unter einem Winkel (β) gekoppelt ist, der vom Rahmen (1) aus in Richtung auf das Ende des Auslegers (2) vertikal nach unten geneigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen den Längsachsen des Querschwenkzylinders (11) und des Auslegers (2) in der Vertikalebene die halbe Differenz zwischen den in Bezug zur Halterung (7) und zum Ausleger (2) nach oben und nach unten schwenkbaren Winkeln beträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel des Schwenkzylinders (6) und des Querschwenkzylinders (11) (α, β) in Bezug zur Längsachse des Auslegers (2) gleich sind.







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