DE20301673U1 - Damping ring for drill excavators or drill devices, has spring devices comprising piston cylinder devices provided between ring flanges - Google Patents
Damping ring for drill excavators or drill devices, has spring devices comprising piston cylinder devices provided between ring flangesInfo
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Abstract
Description
Eckhard Petersmann ·..· '·' "·..·.:*.* &idigr;##&iacgr;&Agr;&pgr;&igr; Jiange 2aEckhard Petersmann ·..· '·'"·..·.:*.*&idigr;##&iacgr;&Agr;&pgr;&igr; Jiange 2a
Hagen, den 01.02.2003 " 58*1#19 HaSen Hagen, February 1st, 2003 " 58 * 1#19 Ha S en
6 Tel.: 02334 - 5 58 64 6 Phone: 02334 - 5 58 64
Petersmann@pit-germany.dePetersmann@pit-germany.de
Beschreibung:Description:
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.In the case of drilling excavators and/or drilling rigs which sink holes to a depth of up to 60.00 m and a diameter of up to 2.00 m, the drilling rods generally consist of so-called Kelly rods in various designs which extend and retract in a telescopic manner and on whose inner rods the drilling heads are located.
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.In the Kelly bar type described, the inner bar hangs on the rope and lifts the outer bars telescopically as it is lifted out until all the individual bars are lying on top of each other and the drill head can be lifted out of the bore.
The Kelly bar is frequently pulled out during the drilling process to empty the drill head.
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.It happens again and again that due to dirt etc. the outer drill rod is lifted and then falls down in free fall from an undetermined height.
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.The impact or the released impact energy passes unhindered into the gear head that surrounds and drives the Kelly bar and causes - in some cases irreparable - damage, the repair of which is extremely expensive and time-consuming.
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.In order to absorb this impact and dampen the impact energy and thus minimize subsequent damage, a device with springs and dampers is placed between the gear head and the support ring of the outer Kelly bar.
Bedingt durch die begrenzten Abmessungen, welche die Bauart der Getriebe und der Kellystangen zuläßt, können im allgemeinen nur recht kleine Schrauben-Druckfedern verwendet werden.Due to the limited dimensions allowed by the design of the gears and the Kelly bars, generally only very small helical compression springs can be used.
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.As a result, quite a lot of springs have to be used. But even if the entire pitch circle, which in the described design has a diameter of 555 mm, is equipped with a maximum of springs (12 pieces), dampers (3 pieces) and anti-twist devices (3 pieces) or with 15 springs and 3 anti-twist devices, springs of this size are in no way capable of absorbing the falling energy of a free-falling, outer Kelly bar weighing 2,100 kg from a height of more than approx. 0.35 m. After all, this is an energy of 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.In the case described, tests have shown that 15 cylindrical screw compression springs with the dimensions Dm = 50 mm, spring wire = 10 mm, Io = 173 mm, 10 windings, spring rate R = 160 N/mm, spring travel 80 mm, break through after a free fall of the Kelly bar with a weight of 2,100 kg from a height of 0.266 m.
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.Any additional energy from a free fall from a greater height goes unbraked into the gear head. If the free fall is only 0.10 m higher, for example with the damping ring described, an additional 14g hits the gear head unbraked.
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.Due to the lifting speed of the Kelly bar of 1.00 m/s and the resulting extremely limited reaction time of the excavator operator, frequent impacts of this kind cannot be avoided.
Auch ist die psychische Belastung des Baggerführers durch die ständig erforderliche, höchste Aufmerksamkeit beim Herausziehen der Kellystange nicht zu unterschätzen.The psychological strain on the excavator operator due to the constant, utmost attention required when pulling out the Kelly bar should not be underestimated.
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.Mr. Petersmann has developed a damping ring (A) whose dimensions are compatible with the existing damping ring described, but whose 6 (!!) spring dampers (1) are able to absorb the energy of a free-falling Kelly outer bar weighing 1,700 kg from a height of 4.04 m.
Ebenso haben Versuche am Objekt ergeben, daß ein solcher Dämpfungsring (A) mit 6 Stück FederdämpfernTests on the object have also shown that such a damping ring (A) with 6 spring dampers
(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.(1) absorbs the impact energy generated by a locked Kelly bar weighing 7,800 kg from a free fall height of 0.88 m (73,536 Nm)
This enormous spring damping behavior is generated by the use of spring dampers (1), which work on the basis of a compressible medium (6) and in which the spring and damping work is performed in one unit.
Diese Federdämpfer (1) brauchen weder eine der üblichen Schrauben-Druckfedern noch einen zusätzlichen Oeldämpfer.These spring dampers (1) do not require one of the usual helical compression springs or an additional oil damper.
Eckhard Petersmann Seite S* zur Anrosfdtiog -Eckhard Petersmann Page S* for the Announcement -
O Eine Kolbenstange (3) mit einem bestimmten Durchmesser und einer angedrehten Kolbenplatte (4) mitO A piston rod (3) with a certain diameter and a turned piston plate (4) with
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.a diameter that is also determined is guided through a piston bearing (5) into a cylinder (2) filled with a compressible medium (6). The medium (6) is brought to a predetermined pressure at the factory. This pressure acts from the inside on the piston rod surface (3) and thereby generates a very specific force that tries to push the piston rod (3) out of the cylinder (2).
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.The piston plate (4) rests under the piston bearing (5) and prevents further expansion of the medium (6). In this state, the element resembles a pre-tensioned helical compression spring.
Bei einer auftreffenden Last wird die Kolbenstange (3) und daher auch die Kolbenplatte (4) in den Zylinder (2) hineingefahren.When a load impacts, the piston rod (3) and therefore also the piston plate (4) are moved into the cylinder (2).
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.In this case, the existing compressible medium (6) is inevitably compressed by the retracting piston rod volume (3), since this medium (6) is clamped in the cylinder (2) and cannot escape.
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.Due to the compressibility of the medium (6), the pressure in the cylinder (2) increases by a previously calculated value, continues to act on the piston rod surface (3) and thereby generates a counterforce which counteracts the impact force.
Der höchste Druck und damit die höchste Gegenkraft wird erreicht, wenn die Kolbenstange (3) komplett in das Medium (6) des Zylinders (2) eingefahren wurde.The highest pressure and thus the highest counterforce is achieved when the piston rod (3) has been completely retracted into the medium (6) of the cylinder (2).
Die statische Federrate R wird durch das Verhältnis „Kolbenstangenvolumen, Volumen des Mediums und der Vorspannkraft des Mediums" erzeugt.The static spring rate R is generated by the ratio "piston rod volume, volume of the medium and the preload force of the medium".
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. Since the piston plate (4) is only slightly smaller in diameter than the inner diameter of the cylinder (2), it acts like a baffle plate when it is quickly inserted into the medium (6) and generates a high counterforce.
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.At the same time, the medium (6) must necessarily flow through throttle/bypass holes (8) in the piston plate (4) as well as through an annular gap (7) between the inner wall of the cylinder (2) and the piston plate (4). The frictional force losses generated in this way are added to the compression force, thus also counteracting the force that is applied and are dissipated as heat.
The highest energy absorption is achieved when the piston rod (3) is fully retracted and the piston movement is zero. The frictional energy is used up. Now only the compression pressure in the cylinder (2) acts on the piston rod surface (3) and resets the incoming load.
Since the piston plate (4) is again guided through the medium (6) and this medium (6) - just like during retraction - must inevitably flow again through the throttle/bypass bores (8) of the piston plate (4) and the annular gap (7), a corresponding return damping is also present when the piston rod (3) is returned.
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)All three forces, compression force of the medium, impact plate energy absorption and frictional force losses, together result in the absorption capacity of the spring damper and therefore determine - depending on the number - the absorption capacity of the damping ring (A)
?n, den 01.02.2003?n, 01.02.2003
4-> Petersmann 4 -> Petersmann
Claims (7)
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Cited By (1)
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| EP3385495A1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-10-10 | Liebherr-Werk Nenzing GmbH | Working machine for carrying out of drilling operations |
-
2003
- 2003-02-04 DE DE20301673U patent/DE20301673U1/en not_active Expired - Lifetime
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