EP0692612B1 - Verfahren zum Bohren mit einer exzentrisch angeordneten Welle eines Bohrwerkzeuges - Google Patents

Verfahren zum Bohren mit einer exzentrisch angeordneten Welle eines Bohrwerkzeuges Download PDF

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EP0692612B1
EP0692612B1 EP95110994A EP95110994A EP0692612B1 EP 0692612 B1 EP0692612 B1 EP 0692612B1 EP 95110994 A EP95110994 A EP 95110994A EP 95110994 A EP95110994 A EP 95110994A EP 0692612 B1 EP0692612 B1 EP 0692612B1
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sleeves
eccentric
bearing
tools
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EP0692612A3 (de
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Klaus Bechem
Ulrich Bechem
Philip Bechem
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E21D9/104—Cutting tool fixtures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/086—Roller bits with excentric movement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C25/00—Cutting machines, i.e. for making slits approximately parallel or perpendicular to the seam
    • E21C25/16—Machines slitting solely by one or more rotating saws, cutting discs, or wheels
    • E21C25/18—Saws; Discs; Wheels

Definitions

  • EP 329 915 A also describes an eccentrically activated system only one eccentric and tool for slitting the hardest materials.
  • the new device claimed below in the multiple eccentric with several Tool sleeves work, the entire unit runs much smoother, reduced the necessary pressures considerably and offers the possibility of any drilling respectively Machinable milling widths - only hitting or hitting milling.
  • the invention Method works using the device according to the invention. Through this Technology according to the invention are also storage problems due to excessive weight and amplitude dependent centrifugal forces eliminated.
  • a one-sided double eccentric shaft with two sleeves and milling tools comes with 3,000 RPM driven; the amplitude is 5 mm.
  • About the reduction gear Tool sleeve 30: 1 driven at 100 rpm; Tool sleeve width and diameter: 250 mm x 2 500 mm drilling width with a required pressure of approx. 1 ton in hard rock and approx. 10 kw drive power.
  • Conventional systems require several.
  • FIG. 1 each with only one possible embodiment, one of the holders is shown in FIG. 1 (1), (2) one of the sleeves rotatably mounted on an eccentric. (3) is a reduction gear via one External and internal gear rim. Tools are indicated with (4). (5) are the for Balancing necessary counterweights. (6) drives the high-speed eccentric shaft, (7) a disc-type roller drilling tool. (8) are seals, and (9) is a version for Compacting soil and the like using the sleeve as a roller or using a plate (without Rotary drive for the tool sleeve). The actual tools are interchangeable. The sleeve and the tools are weighed / balanced on the counterweights (5).
  • (10) is the gear drive via the held inner shaft (11) for the outer sleeve (12).
  • the second inner sleeve (13), which is also rotatably mounted on the eccentric (14), is (15) driven slowly rotating.
  • the double eccentric shaft is driven by (16) at high speed; the bracket for the unit is (18).
  • the weights on which the respective sleeve and tools are balanced, are designated with (19) and attached to / on the eccentric shaft.
  • a double eccentric with a central holder, (20) is one of the two tool sleeves with their drive (21). To remove any web that may have stopped, they are set back Picking or the like (22) provided. (23) is the second sleeve for tools and the Counterweight (24).
  • the eccentric shaft with two staggered or at the same time beating eccentric is (25).
  • an eccentric rotatable sleeve for varying the Amplitude, separate protection is claimed. It is preferably with a toothing on the Shaft (27) pushed and fixed on it.
  • (28) is the central holder with e.g. a toothed belt (29) as a drive for the shaft (27).
  • the center line drawn means that with this aggregate this axis rotated also pilot / full holes can be created.
  • (30) are the sleeves and tools of the same length and weight, each of which has (31) driven slowly rotating and balanced / balanced against (32).
  • This too The system can work as a striking roller drilling tool, without - but also with the drive Tool sleeve.
  • additional holders and tools (33) are the two holders with the drive (34) via toothed belts in this version.
  • two sleeves are preferably each in the Brackets mounted and driven (only hatched).
  • a special design without counterweights according to (32) in Figure 4, (35) are the two outer, equally wide and heavy tool sleeves. (36) is opposite one of the outer ones Balancing sleeves required double wide and heavy tool sleeve. This works this system is optimally balanced without any separate counterweights. (37) are the 180 ° offset eccentric on which the sleeves (35) and (36) are rotatably mounted. You can / do not have to be driven via the gear pairs (38). The holders can too be arranged outside; for this purpose drivers are then provided between the tool sleeves.

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Description

Es gibt einige Systeme Bohr-, Fräs- und Schlitzwerkzeuge schlagzuüberlagern. Sie reduzieren die Andruckkräfte und erhöhen die Bohrleistungen - besonders in Hartgestein. In der EP 329 915 A wird ein ebenfalls exzenteraktiviertes System beschrieben - mit nur einem Exzenter und Werkzeug zum Schlitzen härtester Materialien.
In der US 5,190,353 wird ein exzenteraktiviertes System beschrieben, bei dem jeweils eine schnellaufende Exzenterwelle und eine langsam laufende, werkzeugtragende Hülse, die drehend auf der Exzenterwelle gelagert ist, zum Bohren, Fräsen und Schlitzen von Gestein, Mineralien und dergleichen eingesetzt werden.
Die neu nachfolgend beanspruchte Vorrichtung, bei der Mehrfachexzenter mit mehreren Werkzeughülsen arbeiten, läßt das komplette Aggregat wesentlich ruhiger laufen, reduziert die erforderlichen Andrücke erheblich und bietet die Möglichkeit, beliebige Bohr- respektive Fräsbreiten zu bearbeiten - nur schlagend oder schlagend fräsend. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch diese erfindungsgemäße Technik werden außerdem Lagerprobleme durch zu hohe gewichts- und amplitudenabhängige Zentrifugalkräfte eliminiert.
Mit den beanspruchten Techniken kann universell flächig gefräst, geschlitzt oder volloch gebohrt werden, können Microtunnenling sowie Tunnelbohrmaschinen ausgerüstet werden - u.a. mit dem Vorteil der Fräsbarkeit härtester Materialien, Mineralien und dgl. bei Halbierung der Maschinengewichte.
Beispiel:
Eine einseitig gehaltene Doppelexzenterwelle mit zwei Hülsen und Fräswerkzeugen wird mit 3.000 U/min angetrieben; die Amplitude beträgt 5 mm. Über das Untersetzungsgetriebe wird die Werkzeughülse 30:1 mit 100 U/min angetrieben; Breite und Durchmesser der Werkzeughülse: 250 mm x 2 = 500 mm Abbohrbreite bei einem erforderlichen Andruck von ca. 1 Tonne in Hartgestein und ca. 10 kw Antriebsleistung. Konventionelle Systeme benötigen das mehrfache.
In den Figuren mit jeweils nur einer Ausführungsmöglichkeit ist in der Figur 1 (1) einer der Halter, (2) eine der auf einem Exzenter drehend gelagerten Hülsen. (3) ist ein Reduktionsgetriebe über einen Außen- und Innenzahnkranz. Mit (4) ist ein / sind Werkzeuge angedeutet. (5) sind die zum Auswuchten erforderlichen Gegengewichte. (6) ist der Antrieb der schnellaufenden Exzenterwelle, (7) ein diskenartiges Rollenbohrwerkzeug. (8) sind Abdichtungen, und (9) ist eine Version zum Verdichten von Böden und dgl mit der Hülse als Walze oder unter Verwendung einer Platte (ohne Drehantrieb für die Werkzeughülse). Die eigentlichen Werkzeuge sind austauschbar. Die Hülse und die Werkzeuge werden auf die Gegengewichte (5) ausgewogen / ausgewuchtet.
In der Figur 2 ist (10) der Zahnradantrieb über die gehaltene innere Welle (11) für die äußere Hülse (12). Die ebenfalls auf dem Exzenter (14) drehend gelagerte zweite innere Hülse (13) wird über (15) langsam drehend angetrieben. Die Doppelexzenterwelle wird über (16) schnelldrehend angetrieben; die Halterung für das Aggregat ist (18). Die Gewichte, auf die die jeweilige Hülse und Werkzeuge ausgewuchtet werden, sind mit (19) bezeichnet und an / auf der Exzenterwelle befestigt.
In der Figur 3, ein Doppelexzenter mit mittiger Halterung, ist (20) eine der beiden Werkzeughülsen mit ihrem Antrieb (21). Zum Abtragen des eventuell stehenbleibenden Steges sind zurückversetzte Picken oder dergleichen (22) vorgesehen. (23) ist die zweite Hülse für Werkzeuge und dem Gegengewicht (24). Die Exzenterwelle mit zwei gegeneinander versetzten oder gleichseitig / -zeitig schlagenden Exzentern ist (25). Für (26), eine exzentrische drehbare Hülse zum Variieren der Amplitude, wird gesonderter Schutz beansprucht. Sie wird vorzugsweise mit einer Verzahnung auf die Welle (27) geschoben und auf ihr befestigt. (28) ist der mittige Halter mit z.B. einem Zahnriemen (29) als Antrieb für die Welle (27). Die eingezeichnete Mittellinie bedeutet, daß mit diesem Aggregat um diese Achse gedreht auch Pilot- / Vollochbohrungen erstellt werden können.
In Figur 4 sind (30) die gleichlangen und -schweren Hülsen und Werkzeuge, die jeweils über (31) langsam drehend angetrieben und gegen (32) ausgewogen / ausgewuchtet werden. Auch dieses System kann als schlagendes Rollenbohrwerkzeug arbeiten, ohne - aber auch mit Antrieb der Werkzeughülse. Bei dieser Bauart, die beliebig über weitere Halter und Werkzeuge verbreitert werden kann, sind (33) die beiden Halter mit dem Antrieb (34) über Zahnriemen in dieser Ausführung. Bei mehr als drei Exzentern / Werkzeughülsen werden vorzugsweise jeweils zwei Hülsen in den Haltern gelagert und angetrieben (nur schraffiert eingezeichnet).
In Figur 5, einer besonderen Bauart ohne Gegengewichte gemäß (32) in Figur 4, sind (35) die beiden äußeren gleich breiten und schweren Werkzeughülsen. (36) ist die gegenüber einer der äußeren Hülsen zur Auswuchtung erforderliche doppelt breite und schwere Werkzeughülse. Dadurch arbeitet dieses System optimal ausgewuchtet ohne gesonderte Kontergewichte schwingungsfrei. (37) sind die 180° gegeneinander versezten Exzenter, auf denen die Hülsen (35) und (36) drehend gelagert sind. Sie können / müssen aber nicht über die Zahnradpaare (38) angetrieben sein. Die Halter können auch außen angeordnet sein; dafür sind dann Mitnehmer zwischen den Werkzeughülsen vorgesehen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Bohren, Fräsen und Schlitzen von Gestein, Mineralien und dergleichen mit schnellaufend angetriebenen Exzentem (14, 26, 37), auf denen langsam laufende Hülsen (2, 12, 13; 20, 23; 35, 36) mit Werkzeugen (4, 7) drehend gelagert sind, gekennzeichnet durch die Kombination mindestens zweier gegengewuchteter Werkzeughülsen (2, 12, 13, 20, 23; 35, 36) auf nur einer Exzenterwelle (11, 25), die entweder selbständig drehend schlagüberlagert arbeiten oder angetrieben schlagüberlagert fräsen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch exzenterinduzierte Getriebe (3) zum Antreiben der Werkzeughülsen (12, 13) über ineinander ablaufende Innen- und Außenzahnkränze (10), von denen der eine oder andere in Abhängigkeit von der gewollten Drehrichtung an einem Halter (1) gestellfest arretiert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gegengewichte (5, 19, 24, 32) an den Exzenterwellen (11, 25), auf die Hülsen (12, 13; 20, 23; 25, 26;) und Werkzeuge (4, 7) abgestimmt und / oder ausgewuchtet werden.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hülsen (12, 13, 25, 26, 35, 36) und Werkzeuge (4, 7) auf einer Exzenterwelle (11, 25) mit mindestens zwei Exzentem (26; 37) gegeneinander abgestimmt und / oder ausgewuchtet werden.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Hülsen (35, 36) und die Werkzeuge auf drei Exzentern (37) einer Welle dadurch aufeinander abgestimmt oder ausgewuchtet werden, daß die mittlere Hülse mit Werkzeugen doppelt so breit und schwer ist wie eine äußere Werkzeughülse und der mittlere Exzenter (37) 180° gegen die beiden äußeren versetzt ist.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Halter (28, 33) und / oder Lagerungen zwischen zwei Exzentern und zwei Werkzeughülsen (20, 23; 35,36) - mit Antrieb (29, 34) für die Exzenterwelle (25, 27) - mit oder ohne Antrieb für die Werkzeughülsen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mittige Halterung (28) und / oder Lagerung mit Antrieb (29) für je einen Exzenter (26) mit Werkzeughülse (20, 23).
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Exzenterwelle (11) zum Antrieb einer inneren oder einer inneren und einer äußeren Werkzeughülse (12, 13) bei einseitiger Halterung (18) und / oder Lagerung.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Werkzeughülsen (30) und mehreren Exzentem nebeneinander jede Exzenterwelle (11, 25) auf beiden Seiten im Halter (1, 33) gelagert ist.
  10. Verfahren zum Bohren, Fräsen und Schlitzen von Gestein, Mineralien und dergleichen unter Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.
EP95110994A 1994-07-13 1995-07-13 Verfahren zum Bohren mit einer exzentrisch angeordneten Welle eines Bohrwerkzeuges Expired - Lifetime EP0692612B1 (de)

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CH233394 1994-07-13
CH2333/94 1994-07-13
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EP0692612A2 EP0692612A2 (de) 1996-01-17
EP0692612A3 EP0692612A3 (de) 1997-06-04
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