DE20301673U1

DE20301673U1 - Dämpfungsring

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Publication number: DE20301673U1
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Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2013-02-05

Description

Eckhard Petersmann ·..· '·' "·..·.:*.* &idigr;_##&iacgr;&Agr;&pgr;&igr; Jiange 2a

Hagen, den 01.02.2003 " ⁵⁸*^{1#19 Ha}S^en

⁶ Tel.: 02334 - 5 58 64

Petersmann@pit-germany.de

Beschreibung:

Bei Bohrbaggern und/oder Bohrgeräten, welche Löcher bis zu einer Tiefe von 60,00 m und in einem Durchmesser bis zu 2,00 m abteufen, bestehen die Bohrstangen im allgemeinen aus sogenannten Kellystangen in unterschiedlichen Ausführungen, welche telescopartig aus - und einfahren und an deren inneren Stangen sich die Bohrköpfe befindet.

Bei der beschriebenen Art Kellystange hängt die Innenstange am Seil und hebt die äußeren Stangen beim Herausheben telescopartig mit an, bis alle Einzelstangen aufeinanderliegen und der Bohrkopf aus der Bohrung herausgehoben werden kann.
Die Kellystange wird während des Bohrvorganges häufig herausgezogen, um den Bohrkopf zu entleeren.

Dabei passiert es immer wieder, daß durch Verschmutzung etc. die äußere Bohrstange mit angehoben wird und dann im freien Fall aus einer unbestimmten Höhe herunterfällt.

Der Schlag bzw. die freiwerdende Schlagenergie geht ungebremst in den die Kellystange umschließenden und antreibenden Getriebekopf und ruft - teilweise irreparable - Schäden hervor, deren Behebung äußerst teuer und zeitaufwendig sind.

Um diesen Schlag abzufangen und die Schlagenergie zu dämpfen und somit Folgeschäden zu minimieren, wird zwischen den Getriebekopf und den Auflagering der äußeren Kellystange eine Vorrichtung mit Federn und Dämpfern gesetzt.

Bedingt durch die begrenzten Abmessungen, welche die Bauart der Getriebe und der Kellystangen zuläßt, können im allgemeinen nur recht kleine Schrauben-Druckfedern verwendet werden.

Daraus resultierend müssen recht viele Federn eingesetzt werden. Aber selbst wenn der komplette Teilkreis, welcher bei der beschriebenen Ausführung einen Durchmesser von 555 mm hat, maximal mit Federn (12 Stück ), Dämpfern ( 3 Stück ) und Verdrehsicherungen ( 3 Stück ) oder mit 15 Stück Federn und 3 Stück Verdrehsicherungen ausgestattet ist, sind die Federn dieser Größenordnung keinesfalls in der Lage, die Fallenergie einer freifallenden, äußeren Kellystange mit einem Gewicht von 2.100 kg aus einer Fallhöhe von höher als ca. 0,35 m zu absorbieren. Immerhin handelt es sich um eine Energie von 8.858 Nm.

Im beschriebenen Fall haben Versuche ergeben, daß 15 Stück zylindrische Schrauben - Druckfedern mit den Abmessungen Dm = 50 mm, Federdraht = 10 mm, Io = 173 mm, 10 Wicklungen, Federrate R = 160 N/mm, Federweg 80 mm, nach einem Freifall der Kellystange mit einem Gewicht von 2.100 kg aus 0,266 m Höhe durchschlagen.

Jede zusätzliche Energie eines freien Falles aus größerer Höhe geht ungebremst in den Getriebekopf. Ist der Freifall auch nur 0,10 m höher, schlagen z.B. bei dem beschriebenem Dämpfungsring 14g zusätzlich ungebremst in den Getriebekopf.

Aufgrund der Hebegeschwindigkeit der Kellystange von 1,00 m/s und der dadurch äußerst begrenzten Reaktionszeit des Baggerführers sind daher häufige, derartige Aufschläge gar nicht zu vermeiden.

Auch ist die psychische Belastung des Baggerführers durch die ständig erforderliche, höchste Aufmerksamkeit beim Herausziehen der Kellystange nicht zu unterschätzen.

Herr Petersmann hat einen Dämpfungsring (A) entwickelt, dessen Abmessungen kompatibel sind zu dem beschriebenen, vorhandenen Dämpfungsring, dessen 6 Stück ( !!) Federdämpfer (1) aber in der Lage sind, die Energie einer freifallenden Kelly-Außenstange mit einem Gewicht von 1.700 kg aus einer Höhe von 4,04 m zu absorbieren.

Ebenso haben Versuche am Objekt ergeben, daß ein solcher Dämpfungsring (A) mit 6 Stück Federdämpfern

(1) die auftreffende Energie absorbiert, welche eine verriegelte Kellystange mit einem Gewicht von 7.800 kg aus einer Freifallhöhe von 0,88 m erzeugt ( 73.536 Nm)
Erzeugt wird dieses enorme Federdämpfungsverhalten durch den Einsatz von Federdämpfern (1), welche auf der Basis einer kompressiblen Mediums (6) arbeiten und bei welchem die Feder - und Dämpfungsarbeit in einer Einheit geleistet wird.

Diese Federdämpfer (1) brauchen weder eine der üblichen Schrauben-Druckfedern noch einen zusätzlichen Oeldämpfer.

Eckhard Petersmann Seite S* zur Anrosfdtiog -

O Eine Kolbenstange (3) mit einem bestimmten Durchmesser und einer angedrehten Kolbenplatte (4) mit

einem ebenfalls bestimmten Durchmesser wird durch ein Kolbenlager (5) in einen mit einem kompressiblem Medium (6) gefüllten Zylinder (2) geführt. Das Medium (6) wird werkseitig auf einen vorbestimmten Druck gebracht. Dieser Druck lastet von innen auf die Kolbenstangenfläche (3) und erzeugt dadurch eine ganz bestimmte Kraft, welche die Kolbenstange (3) aus dem Zylinder (2) drücken will.

Die Kolbenplatte (4) liegt unter dem Kolbenlager (5) an und verhindert die weitere Expansion des Mediums (6). Das Element gleicht in diesem Zustand einer vorgespannten Schrauben - Druckfeder.

Bei einer auftreffenden Last wird die Kolbenstange (3) und daher auch die Kolbenplatte (4) in den Zylinder (2) hineingefahren.

Hierbei wird durch das einfahrende Kolbenstangen volumen (3) das vorhandene, kompressible Medium (6) zwangsläufig komprimiert, da dieses Medium (6) in dem Zylinder (2) eingespannt ist und nicht ausweichen kann.

Durch die Kompressibilität des Mediums (6) steigt der Druck in dem Zylinder (2) um einen vorher errechneten Wert an, wirkt weiterhin auf die Kolbenstangenfläche (3) und erzeugt dadurch eine Gegenkraft, welehe der auffahrenden Kraft entgegensteht.

Der höchste Druck und damit die höchste Gegenkraft wird erreicht, wenn die Kolbenstange (3) komplett in das Medium (6) des Zylinders (2) eingefahren wurde.

Die statische Federrate R wird durch das Verhältnis &ldquor;Kolbenstangenvolumen, Volumen des Mediums und der Vorspannkraft des Mediums" erzeugt.

Da die Kolbenplatte (4) im Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders (2), wirkt sie bei schnellem Einfahren in das Medium (6) wie eine Prallplatte und erzeugt eine hohe Gegenkraft.

Gleichzeitig muß das Medium (6) zwangsläufig sowohl durch Drossel/Bypassbohrungen (8) in der Kolbenplatte (4) als auch durch einen Ringspalt (7) zwischen der Innenwand des Zylinders (2) und der Kolbenplatte (4) fließen. Die dabei erzeugten Reibkraftverluste addieren sich zur Kompressionskraft, stehen somit ebenfalls der auflaufenden Kraft entgegen und werden als Wärme abgeführt.
Die höchste Energieabsorbierung ist erreicht, wenn die Kolbenstange (3) ganz eingefahren und die Kolbenbewegung gleich null ist. Die Reibungsenergie ist verbraucht. Jetzt wirkt nur noch der Kompressionsdruck im Zylinder (2) auf die Kolbenstangenfläche (3) und stellt die auflaufende Last zurück.
Da hierbei die Kolbenplatte (4) wiederum durch das Medium (6) geführt wird und dieses Medium (6) - genauso wie beim Einfahren - zwangsläufig wieder durch die Drossel/Bypassbohrungen (8) der Kolbenplatte (4) und den Ringspalt (7) strömen muß, ist auch bei der Rückstellung des Kolbenstange (3) eine entsprechende Rücklaufdämpfung vorhanden.

Alle drei Kräfte, Kompressionskraft des Mediums, Prallplattenenergieaufnahme und Reibkraftverluste, ergeben zusammen die Aufnahmefähigkeit des Federdämpfers und bestimmen daher - je nach Anzahl - die Aufnahmefähigkeit des Dämpfungsringes (A)

?n, den 01.02.2003

⁴-> Petersmann

Claims

1. Dämpfungsring (A), bestehend aus einem oberen (B) und einem unteren (C) Aufnahmeflansch unbestimmter Größe, dadurch gekennzeichnet, daß sich - lösbar - zwischen diesen Flanschen eine oder mehrere Federdämpfer (1) befinden, bei welchen das Volumen der einfahrenden Kolbenstange (3) das Volumen des Mediums (6) soweit komprimiert, daß eine gewünschte statische Federrate erreicht wird.

2. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß bei den sich zwischen den Flanschen (B + C) befindlichen Federdämpfern (1) durch technische Ausführung der Kolbenstange (3) bzw. der Kolbenplatte (4) bzw. der Ringspaltgröße (7) bzw. der Drossel/Bypassbohrungen (8) bzw der Zylinderinnenwand bzw. aller Komponenten zusammen ein Reibkraftverlust erzeugt wird, welcher der von außen einwirkenden Kraft entgegensteht, sich zu der statischen Kraft addiert, dadurch eine dynamische Federkennlinie erzeugt und somit die auflaufende Energie absorbiert.

3. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbringung eines höheren Vorspanndruckes und damit einer höheren Anfangskraft in die Federdämpfer (1) die Aufnahmefähigkeit der Federdämpfer (1) erhöht werden kann, ohne die Abmessungen der Federdämpfer (1) oder des Dämpfungsringes (A) zu verändern.

4. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbringung von vertikal beweglichen Verdrehsicherungen (D) zwischen den Flanschen (B + C) ein gegeneinander auftretendes Verdrehen der Flansche (B + C) in der Horizontalen verhindert wird.

5. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß durch technische und/oder konstruktive Größenveränderungen an den Flanschen (B + C) und/oder an den Federdämpfern (1) und den Verdrehsicherungen (D) Dämpfungsringe mit sehr unterschiedlichen Kraftaufnahmen hergestellt werden können.

6. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß die Federdämpfer (1) im Reparaturfall einzeln ausgetauscht werden können, ohne den ganzen Ring zu demontieren.

7. Dämpfungsring (A), dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Federdämpfer (1) auch einzeln zu verwenden sind.