AT520768A2

AT520768A2 - Elektrische Bohr- und Verankerungsvorrichtung

Info

Publication number: AT520768A2
Application number: ATA9217/2017A
Authority: AT
Inventors: Holdsworth Robert; Neilson Brad; Hanna Peter
Original assignee: Joy Global Underground Mining Llc
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-07-15
Also published as: CN109477382A; US20180010454A1; AU2017293788A1; WO2018009655A1; GB2566422A; FI20195084A1; RU2019103092A; AU2017293788B2; DE112017003425T5; AT520768A5; SE1950009A1; GB201900654D0; US11078790B2; PL429749A1; PL239571B1; ZA201900148B; GB2566422B; CN109477382B

Abstract

Eine Bohr- und Verankerungsmaschine zum Treiben eines Bohrelements in eine Felsoberfläche weist einen Rahmen, eine für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen gelagerte Antriebseinheit und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen auf. Die Antriebseinheit weist einen Motor und ein Spannfutter zum Erfassen des Bohrelements auf. Das Spannfutter ist durch den Motor angetrieben. In einigen Aspekten weist der Stellantrieb einen Magneten auf, der eine Magnetkraft auf den Block ausübt, um eine magnetische Kopplung zwischen dem Stellantrieb und einem Block, der den Motor lagert, bereitstellt. In einigen Aspekten ist der Stellantrieb mindestens teilweise innerhalb eines länglichen Elements des Rahmens angeordnet. In einigen Aspekten weist die Antriebseinheit einen geschalteten Reluktanzmotor aufweisend einen Stator und einen Rotor, der für eine Drehung in Bezug den Stator gelagert ist, auf, und der Rotor ist direkt mit dem Spannfutter verbunden.

Description

ZUSAMMENFASSUNG

Eine Bohr- und Verankerungsmaschine zum Treiben eines Bohrelements in eine Felsoberfläche weist einen Rahmen, eine für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen gelagerte Antriebsemheit und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen auf. Die Antriebseinheit weist einen Motor und ein Spannfutter zum Erfassen des Bohrelements auf. Das Spannfutter ist durch den Motor angetrieben. In einigen Aspekten weist der Stellantrieb einen Magneten auf, der eine Magnetkraft auf den Block ausübt, um eine magnetische Kopplung zwischen dem Stellantrieb und einem Block, der den Motor lagert, bereitstellt. In einigen Aspekten ist der Stellantrieb mindestens teilweise innerhalb eines länglichen Elements des Rahmens angeordnet. In einigen Aspekten weist die Antriebseinheit einen geschalteten Reluktanzmotor aufweisend einen Stator und einen Rotor, der für eine Drehung in Bezug den Stator gelagert ist, auf, und der Rotor ist direkt mit dem Spannfutter verbunden.

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QUERVERWEIS ZU VERBUNDENER ANMELDUNG [0001] Diese Patentanmeldung nimmt den Nutzen der zuvor eingereichten, ebenfalls anhängigen provisorischen US-PatentanmeldungNr. 62/358,757, eingereicht am 6. Juli 2016, in Anspruch, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.

STAND DER TECHNIK [0002] Die vorliegende Offenbarung betrifft Bohrvorrichtungen, und insbesondere eine Bohr- und Verankerungsvorrichtung zum Bilden eines Lochs oder zum Einsetzen eines Bolzens in ein Loch in einer Felsoberfläche.

[0003] Herkömmliche Bohr- und Verankerungsanlagen können einen ausfahrbaren Tragrahmen und eine Antriebseinheit, die entlang des Rahmens beweglich ist, aufweisen. Die Antriebseinheit treibt einen Bohrmeißel oder einen Bolzen in eine Felsoberfläche. Die Betätigung der Bohr- und Verankerungsanlage erfolgt typischerweise unter Verwendung von Fluidtechnik (z.B. hydraulischer Kraft).

ZUSAMMENFASSUNG [0004] In einem Aspekt weist eine Bohr- und Verankerungsmaschine einen Rahmen, eine für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen gelagerte Antriebseinheit und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen auf. Die Antriebseinheit weist einen Block, einen am Block gelagerten Motor und ein Spannfutter zum Erfassen eines Bohrelements auf. Das Spannfutter ist durch den Motor angetrieben. Der Stellantrieb weist einen Magneten auf, der eine Magnetkraft auf den Block ausübt, um eine magnetische Kopplung zwischen dem Stellantrieb und dem Block bereitzustellen.

[0005] In einem anderen Aspekt weist eine Bohr- und Verankerungsmaschine einen Rahmen, eine Antriebseinheit und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen auf. Der Rahmen weist mindestens ein längliches Element auf, das sich parallel zu einer Vorschubachse erstreckt. Die Antriebseinheit ist gelagert für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen entlang der Vorschubachse. Die Antriebseinheit weist einen Block, einen am

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Block gelagerten Motor und ein Spannfutter zum Erfassen eines Bohrelements auf. Das Spannfutter ist durch den Motor angetrieben. Der Stellantrieb ist mindestens teilweise innerhalb des mindestens einen länglichen Elements angeordnet.

[0006] In noch einem weiteren Aspekt weist eine Bohr- und Verankerungsvorrichtung zum Treiben eines Bohrelements in eine Felsoberfläche einen Rahmen und eine für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen entlang einer Vorschubachse gelagerte Antriebseinheit auf. Die Antriebseinheit weist einen geschalteten Reluktanzmotor und ein Spannfutter zum Antreiben des Bohrelements auf. Der geschaltete Reluktanzmotor weist einen Stator und einen Rotor, der für eine Drehung in Bezug den Stator gelagert ist, auf, und der Rotor ist direkt mit dem Spannfutter verbunden.

[0007] Andere Aspekte werden aus der Beachtung der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN [0008] FIG. 1A ist eine Draufsicht einer mobilen Maschine.

[0009] FIG. 1B ist eine Seitenansicht der mobilen Maschine von FIG. 1A.

[0010] FIG. 2A ist eine perspektivische Ansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung aufweisend ein Karussell.

[0011] FIG. 2B ist eine weitere perspektivische Ansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung und des Karussells von FIG. 2A.

[0012] FIG. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 2A ohne das angebrachte Karussell.

[0013] FIG. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform.

3/55 [0014] FIG. 5 ist eine Seitenansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung noch einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0015] FIG. 6 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 5, betrachtet entlang des Schnitts 6-6.

[0016] FIG. 7 ist eine Seitenansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung aufweisend eine Energiekette.

[0017] FIG. 8 ist eine Vorderansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 7.

[0018] FIG. 9 ist eine Seitenansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 3 mit einem entfernten Befestigungsblock.

[0019] FIG. 10 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 9, betrachtet entlang des Schnitts 10—10.

[0020] FIG. 11 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 3, betrachtet entlang des Schnitts 11—11.

[0021] FIG. 12 ist eine Draufsicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0022] FIG. 13 ist eine Draufsicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0023] FIG. 14 ist eine Draufsicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0024] FIG. 15 ist eine Explosionsansicht einer Dreheinheit.

[0025] FIG. 16 ist eine Draufsicht der Dreheinheit von FIG. 15.

[0026] FIG. 17 ist eine seitliche Schnittansicht der Dreheinheit von FIG. 16, betrachtet entlang des Schnitts 17—17.

4/55 [0027] FIG. 18 ist eine Schnittansicht der Dreheinheit von FIG. 17, betrachtet entlang des Schnitts 18—18.

[0028] FIG. 19 ist eine Explosionsansicht eines Abschnitts der Dreheinheit von FIG. 15.

[0029] FIG. 20 ist eine Seitenansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0030] FIG. 21 ist eine Draufansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 20.

[0031] FIG. 22 ist eine vergrößerte Ansicht einer Greifvorrichtung.

[0032] FIG. 23 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung mit einem Sockel in einer ausgefahrenen Position.

[0033] FIG. 24 ist eine Schnittansicht eines Stellantriebs zum Bewegen der Bohr- und V erankerungsvorrichtung.

[0034] FIG. 25 ist eine Seitenansicht des Karussells von FIG. 2A.

[0035] FIG. 26 ist eine weitere Seitenansicht des Karussells von FIG. 25.

[0036] FIG. 27 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0037] FIG. 28 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 27.

[0038] FIG. 29 ist eine Explosionsansicht eines Abschnitts der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 27.

[0039] FIG. 30 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 27, betrachtet entlang des Schnitts 30—30.

[0040] FIG. 31 ist eine Seitenansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 27.

5/55 [0041] FIG. 32 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 27, betrachtet entlang des Schnitts 32—32.

[0042] FIG. 33 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohr- und Verankerungsvorrichtung einer weiteren Ausfuhrungsform.

[0043] FIG. 34 ist eine Seitenansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 33.

[0044] FIG. 35 ist eine perspektivische Ansicht der Bohr- und VerankerungsVorrichtung von

FIG. 33.

[0045] FIG. 36 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 34, betrachtet entlang des Schnitts 36—36.

[0046] FIG. 37 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 34, betrachtet entlang des Schnitts 37—37.

[0047] FIG. 38 ist eine perspektivische Ansicht der Bohr- und VerankerungsVorrichtung von FIG. 33.

[0048] FIG. 39 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 33, betrachtet entlang des Schnitts 39—39.

[0049] FIG. 40 ist eine Schnittansicht der Bohr- und Verankerungsvorrichtung von FIG. 34, betrachtet entlang des Schnitts 40—40.

[0050] FIG. 41 ist eine perspektivische Ansicht des Abschnitts der Bohr- und Verankerungsvorrichtung, der in FIG. 39 gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG [0051] Bevor irgendwelche Ausfuhrungsformen ausführlich beschrieben werden, muss klargestellt werden, dass die Offenbarung in ihrer Anwendung nicht auf die in der folgenden Beschreibung dargelegten oder in den folgenden Zeichnungen dargestellten Konstruktionsdetails

6/55 und Anordnungen von Komponenten beschränkt ist. Die Offenbarung kann auch andere Ausführungsformen aufweisen und auf verschiedenste Arten praktiziert oder ausgeführt werden. Des Weiteren ist klarzustellen, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als einschränkend anzusehen ist. Die hierin benutzte Verwendung der Begriffe aufweisend and umfassend sowie Variationen davon soll die danach angeführten Elemente oder Punkte und deren Äquivalente sowie zusätzliche Elemente einschließen. Die hierin benutzte Verwendung von bestehend aus und Variationen davon soll die danach angeführten Elemente oder Punkte und deren Äquivalente einschließen. Sofern nicht anders angegeben oder eingeschränkt, sind die Begriffe “befestigt/angebracht”, “verbunden”, “gelagert/getragen/unterstützt” und “gekoppelt” und Variationen davon weit gefasst und schließen sowohl direkte als auch indirekte Befestigungen, Verbindungen, Lagerungen und Kupplungen/Kopplungen ein.

[0052] Darüber hinaus sollte klargestellt werden, dass Ausführungsformen der Erfindung Hardware, Software und elektronische Komponenten oder Module aufweisen können, die zum Zweck der Erläuterung dargestellt und beschrieben sein können, als ob die Mehrzahl der Komponenten ausschließlich als Hardware umgesetzt wären. Jedoch würden Durchschnittsfachleute basierend auf einem Studium dieser ausführlichen Beschreibung erkennen, dass in mindestens einer Ausführungsform Aspekte der Erfindung in Form von Software (zum Beispiel gespeichert auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium), die durch eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten, wie zum Beispiel einem Mikroprozessor, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (“ASICs”) oder einer anderen elektronischen Vorrichtung, ausgeführt werden kann, umgesetzt sein können. Daher ist anzumerken, dass eine Mehrzahl von auf Hardware und Software basierenden Vorrichtungen sowie eine Mehrzahl von verschiedenen Strukturkomponenten verwendet werden können, um die Erfindung umzusetzen. Zum Beispiel können die in der Patentschrift beschriebenen „Steuerungen“ oder „Kontroller“ eine/n oder mehrere elektronische Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten, ein oder mehrere Module für computerlesbare Medien, eine oder mehrere Eingabe/AusgabeSchnittstellen und verschiedene Verbindungen (zum Beispiel einen Systembus), welche die Komponenten verbinden, aufweisen.

7/55 [0053] FIGS. 1A und IB stellen eine mobile Bergbaumaschine, wie zum Beispiel einen Verankerungs-Jumbo oder eine Verankerungsmaschine 4, dar. In der dargestellten Ausfuhrungsform weist die Maschine 4 einen Zugmechanismus 6 (z.B. Räder - FIG. 1B) und einen Ausleger 8 auf. Der Ausleger 8 trägt eine Bohr- und Verankerungsanlage oder eine Bohrvorrichtung 10, zum Bilden von Löchern in einer Minenoberfläche (z.B. einer Decke, einem Boden oder einer Rippe oder Seitenwänden - nicht abgebildet) und/oder zum Installieren eines Bohrelements (z.B. eines Meißels oder eines Bolzens 14 - FIG. 2A). In der dargestellten Ausfuhrungsform führt die Bohrvorrichtung 10 sowohl Bohr- als auch Verankerungsvorgänge aus. Unter anderem kann ein installierter Bolzen 14 ein Sicherheitsnetz (nicht abgebildet) verankern oder tragen, um Personal vor Felsteilen zu schützen, die herunterfallen oder sich aus der Minenoberfläche lösen können. In einigen Ausführungsformen kann die Bohrvorrichtung 10 auf einer anderen Art von Bergbaumaschine, wie zum Beispiel einer kontinuierlichen Bergbaumaschine (nicht abgebildet) angebracht sein.

[0054] Wie in FIG. 2A und 2B gezeigt, weist die Bohrvorrichtung 10 eine erste Stufe oder einen ersten Aufsatz oder einen Sockel 22, eine zweite Stufe oder einen Vorschubrahmen 26 und eine Antriebseinheit oder Dreheinheit 30 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist die Bohrvorrichtung 10 ferner ein Vorratsmagazin oder Karussell 34 zum Lagern zusätzlicher Bohrmeißel oder Bolzen 14, bis die Meißel oder Bolzen 14 gebraucht werden, auf. Das Karussell 34 kann die Übergabe der Meißel und Bolzen 14 zur Dreheinheit 30 automatisieren. In anderen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann ein Benutzer die Meißel und Bolzen 14 manuell in die Dreheinheit 30 einsetzen.

[0055] Wie in FIG. 3 gezeigt, weist der Sockel 22 einen ersten End- oder oberen Block 42, einen unteren Block 46, der in der Nähe eines zweiten Endes angeordnet ist, und ein Paar von länglichen Grundstäben oder Grundstangen 50, die parallel zueinander angeordnet sind und sich zwischen dem oberen Block 42 und dem unteren Block 46 erstrecken, auf. In anderen Ausführungsformen kann der Sockel 22 weniger oder mehr Stangen aufweisen. Der obere Block 42 kann eine Klemm- oder Greifvorrichtung 48 zum Ausrichten und/oder Ergreifen des Stabes oder Bolzens 14 während des Einsetzens in die Felsoberfläche aufweisen. Der obere Block 42 ist an Enden der Grundstangen 50 befestigt, und die Grundstangen 50 sind in Bezug auf den unteren

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Block 46 gleitbeweglich angeordnet. Eine Bewegung der Grundstangen 50 bewirkt, dass sich der obere Block 42 zum unteren Block 46 hin oder von diesem weg bewegt, wodurch der obere Block 42 ein- oder ausgefahren wird. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist der untere Block 46 als eine Hülse ausgebildet, welche einen Abschnitt der Grundstangen 50 aufhimmt, wenn sich der obere Block 42 in einer eingefahrenen Position befindet. Der untere Block 46 weist eine Endplatte 58 und einen Führungsblock oder ein Anschlagelement 62 auf. Der Sockel 22 weist ferner einen Führungsstab oder eine Führungsstange 66 auf, der/die ein Ende aufweist, das mit der Endplatte 58 verbunden ist. Die Führungsstange 66 erstreckt sich zwischen der Endplatte 58 und dem Anschlagelement 62. Die Führungsstange 66 ist weiter unten ausführlicher beschrieben.

[0056] In der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Sockel 22 (z.B. der untere Block 46) auf einem Befestigungsblock 70 gelagert, der ein Paar von Tragstangen 74 aufweist. Ein Haltebügel oder Tragabschnitt 78 ist mit den Tragstangen 74 verbunden, und ist mit einem Ende des Auslegers 8 (FIG. 1B) oder einem anderen an der Maschine 4 befestigten Arm verbunden. Die Tragstangen 74 sind in Bezug auf den Tragabschnitt 78 gleitbeweglich angeordnet, was eine gleitende Bewegung des Sockels 22 in Bezug auf den Tragabschnitt 78 und den Ausleger 8 ermöglicht. In anderen Ausfuhrungsformen (FIG. 4) kann die Bohrvorrichtung 10 den Befestigungsblock 10 nicht aufweisen und/oder kann auf eine andere Art und Weise gelagert sein.

[0057] Wie in FIG. 5 und 6 gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen jede der Grundstangen 50 einen inneren Durchgang 86 (FIG. 6) zum Übertragen von Fluid (z.B. unter Druck stehendes Hydraulikfluid) vom unteren Block 46 zum oberen Block 42 zum Betätigen der Greifvorrichtung aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform von FIG. 6 wird das Fluid durch den unteren Block 46 zu einem ersten Rohr 90 und dann zu einem zweiten Rohr 94, das in Bezug auf das erste Rohr 90 teleskopartig beweglich und mit dem oberen Block 42 verbunden ist, transportiert. In einigen Ausfuhrungsformen, die zum Beispiel in FIG. 7 und 8 gezeigt sind, nimmt eine flexible Energiekette 98 einen Abschnitt einer Fluidleitung (z.B. eines Schlauchs) und eines elektrischen Kabels (nicht abgebildet) auf, um die Leitung und das Kabel zu schützen und zu fuhren, wenn sich der Vorschubrahmen 26 auf den Grundstangen 50 bewegt (FIG. 3). Das Positionieren des inneren Fluiddurchgangs 86 innerhalb der Grundstangen 50 ermöglicht,

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Steuerventile direkt auf der Bohrvorrichtung 10 anzubringen, wodurch ein kompakteres System mit weniger Fluidanschlüssen geschaffen ist, als bei herkömmlichen Bohrvorrichtungen. In der dargestellten Ausführungsform arbeitet die Bohrvorrichtung 10 aufgrund einer Kombination aus hydraulischer Kraft und elektrischer Energie; in einigen Ausführungsformen kann die Bohrvorrichtung zur Gänze durch elektrische Energie und elektrische Stellantriebe angetrieben sein.

[0058] Neuerlich bezugnehmend auf FIG. 3 weist der Vorschubrahmen 26 einen oberen Vorschubblock 102, einen unteren Vorschubblock 106, ein Paar von Vorschubstangen 110 und einen Gleitblock 114, der beweglich mit den Vorschubstangen 110 verbunden ist, auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der obere Vorschubblock 102 mit den Grundstangen 50 verbunden und ist gleitbeweglich entlang den Grundstangen 50 zwischen dem oberen Block 42 und dem unteren Block 46 angeordnet. Der untere Vorschubblock 106 ist zwischen der Endplatte 58 und dem Anschlagelement 62 angeordnet, und ist gleitbeweglich entlang des unteren Blocks 46 zwischen der Endplatte 58 und dem Anschlagelement 62 angeordnet. Der untere Vorschubblock 106 ist mit der Führungsstange 66 verbunden und ist gleitbeweglich entlang der Führungsstange 66 angeordnet. Die Führungsstange 66 erstreckt sich von der Endplatte 58 zum oberen Vorschubblock 102, und durchläuft einen Abschnitt des unteren Vorschubblocks 106. Die Führungsstange 66 kann als ein Teleskopzylinder gebildet sein, um die Bewegung des Vorschubrahmens 26 in Bezug auf die Endplatte 58 aufzunehmen.

[0059] Wie in FIG. 9 gezeigt, sind die Grundstangen 50 ausfahrbar in Bezug auf den unteren Block 46, und die Vorschubstangen 110 sind beweglich entlang den Grundstangen 50. Der Gleitblock 114 bewegt sich entlang den Vorschubstangen 110, um eine doppelte Teleskopbewegung in einem kompakten System bereitzustellen.

[0060] Wie in FIG. 10 gezeigt, ist in der dargestellten Ausführungsform jede der Vorschubstangen 110 hohl. Eine erste Vorschubstange 110a erstreckt sich zwischen der Endplatte 58 des Sockels 22 und dem oberen Vorschubblock 102, und durchläuft den unteren Vorschubblock 106. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Vorschubstange 110a als ein Teleskopzylinder gebildet, der einen ersten Abschnitt 122 und einen zweiten Abschnitt 126

10/55 aufweist. Der erste Abschnitt 122 erstreckt sich zwischen dem unteren Vorschubblock 106 und dem oberen Vorschubblock 102, während sich der zweite Abschnitt 126 von der Endplatte 58 erstreckt und sich in eine Innenbohrung 130 des ersten Abschnitts 122 erstreckt. Die zweite Vorschubstange 110b erstreckt sich zwischen dem unteren Vorschubblock 106 und dem oberen Vorschubblock 102. In einigen Ausführungsformen schafft der Teleskopzylinder der ersten Vorschubstange 110a einen Durchgang zum Übertragen von Energie vom Sockel 22 zum Vorschubrahmen 26, um einen Antriebsmechanismus 134 mit Energie zu versorgen, wie weiter unten ausführlicher erläutert. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist die Energie durch elektrische Verbindungen bereitgestellt; in anderen Ausfuhrungsformen kann die Energie durch ein unter Druck stehendes Fluid (z.B. Hydraulikfluid) bereitgestellt sein. Weiters weisen in der dargestellten Ausfuhrungsform die Vorschubstangen 110 verschiedene Außenabmessungen auf, und die zweite Vorschubstange 110b weist einen größeren Durchmesser auf, als die erste Vorschubstange 110a. In anderen Ausfuhrungsform können die Vorschubstangen 110 dieselben Außenabmessungen aufweisen, oder die zweite Vorschubstange 110b weist einen kleineren Durchmesser auf, als die erste Vorschubstange 110a.

[0061] Unter neuerlicher Bezugnahme auf FIG. 10 ist ein Linearstellantrieb oder Antriebsmechanismus 134 innerhalb der zweiten Vorschubstange 110b angeordnet. In der dargestellten Ausfuhrungsform weist der Antriebsmechanismus 134 einen Magneten 138 (z.B. einen Seltenerdmagneten oder einen Elektromagneten) oder einen elektrischen Linearmotor auf. Der Magnet 138 kann eine berührungslose Verbindungskraft am Gleitblock 114 bereitstellen, um die Position des Gleitblocks 114 in Bezug auf die Vorschubstange 110b zu bewahren. Außerdem ist der Gleitblock 114 ausreichend lang, um einen Ausschlussbereich bereitzustellen, um zu verhindern, dass sich magnetisches Material an den Vorschubstangen 110 ansammelt. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Magnet 138 nur in der zweiten Vorschubstange 110b angeordnet, und die erste Vorschubstange 110a wirkt in erster Linie als ein Reaktionsstützelement, um dem durch die Bohr- oder Verankerungsvorgänge verursachten Drehmoment entgegenzuwirken. In anderen Ausfuhrungsformen kann ein Antriebsmechanismus 134 in jeder der Vorschubstangen 110 angeordnet sein.

11/55 [0062] Der Antriebsmechanismus 134 ermöglicht eine lineare Bewegung des Magneten 138 innerhalb der zweiten Vorschubstange 110b. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist der lineare Antreiber (Motivator) eine Kugelgewindevorrichtung 146 aufweisend eine Gewindewelle 150, die sich entlang der zweiten Vorschubstange 110b durch den Magneten 138 erstreckt. Eine Drehung der Gewindewelle 150 (oder, alternativ dazu, eine Drehung des Magneten 138) veranlasst den Magneten 138 sich zwischen dem oberen Vorschubblock 102 und dem unteren Vorschubblock 106 entlang der Gewindewelle 150 zu bewegen, wodurch auch der Gleitblock 114 bewegt wird.

[0063] Es wird davon ausgegangen, dass eine ähnliche Kugelgewindevorrichtung auf eine ähnliche Art und Weise in die Grundstangen 50 integriert sein könnte, sodass auch das Ausfahren und das Einfahren der Grundstangen 50 durch einen elektrischen Stellantrieb angetrieben ist. Ferner ist die Führungsstange 66 (FIG. 3) in der dargestellten Ausfuhrungsform ein Teleskopzylinder, der einen äußeren Abschnitt aufweist, welcher sich entlang des Anschlagelements 62 bewegt. Der innere Abschnitt der Führungsstange 66 kann eine Kugelgewindevorrichtung ähnlich der oben beschriebenen aufweisen, oder kann eine andere Art von Linearstellantrieb (z.B. einen Fluidzylinder aufweisen).

[0064] Des Weiteren kann die zweite Vorschubstange 110b in anderen Ausfuhrungsformen ein unter Druck stehendes Fluid aufweisen, um den Magneten 138 zwischen dem oberen Vorschubblock 102 und dem unteren Vorschubblock 106 zu bewegen. Ferner kann die Bohrvorrichtung 10 durch eine Kombination aus hydraulischer und elektrischer Leistung betrieben werden. Zum Beispiel kann die Betätigung der Grundstangen hydraulisch angetrieben sein, während die Betätigung der Vorschubstangen elektrisch angetrieben ist. In anderen Ausfuhrungsformen können die Grundstangen elektrisch angetrieben sein, während die Vorschubstangen hydraulisch angetrieben sind, oder sowohl die Grundstangen als auch die Vorschubstangen können durch dieselbe Art von Energie (z.B. hydraulisch oder elektrisch) angetrieben sein. Die Verwendung der Kugelgewindevorrichtung 146 oder einer anderen Art von elektrischem Stellantrieb sowohl in den Grundstangen 50 als auch in den Vorschubstangen 110 ermöglicht, dass die Bohrvorrichtung 10 zur Gänze elektrisch angetrieben ist und eliminiert das

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Gewicht und die Komplexität in Zusammenhang mit herkömmlichen Hydraulikantriebssystemen.

[0065] FIG. 11 stellt eine Schnittansicht der Bohrvorrichtung 10 dar. Wie in FIG. 12-14 gezeigt, können in anderen Ausführungsformen die relativen Positionen der Grundstangen 50, der Führungsstange 66 und der Vorschubstangen 110 auf verschiedene Art und Weise aufgebaut sein.

[0066] Wie in FIG. 15-18 gezeigt, ist die Antriebseinheit oder Dreheinheit 30 auf dem Vorschubrahmen 26 (FIG. 3) durch einen Gleitblock 114 gelagert. Bezugnehmend auf FIG. 15 weist die Dreheinheit 30 ein Spannfutter 158 zum Erfassen eines Endes eines der Bohrmeißel oder Bolzen 14 (FIG. 2A), und eine Stromquelle oder einen Motor 162 zum Bereitstellen einer Drehkraft für das Spannfutter 158 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 162 ein geschalteter Reluktanzmotor (SR). In einigen Ausführungsformen kann der Motor 162 ein Wechselstrom- (AC-) Motor oder ein Permanentmagnetmotor sein. Bezugnehmend auf FIG. 17 und 18 weist der SR-Motor einen Stator 166 und einen Rotor 170, der innerhalb des Stators 166 angeordnet und für eine Drehung in Bezug auf den Stator 166 (z.B. durch Lager 174) rund um eine Rotorachse 178 gelagert ist, auf. Der Stator 166 ist innerhalb eines Gehäuses 182 gelagert. In der dargestellten Ausführungsform ist der Rotor 170 einstückig mit dem Spannfutter 158 gebildet, um den Bohrmeißel/Bolzen 14 aufzunehmen; in anderen Ausführungsformen kann der Rotor 170 auf eine andere Weise direkt mit dem Spannfutter 158 verbunden sein. Wie in FIG. 17 gezeigt, weist der Rotor 170 eine Bohrung 186, die sich durch die Länge des Rotors 170 erstreckt, auf, und eine Senkung oder eine Stufe stellt ein Ende des Spannfutters 158 bereit. Der Rotor 170 kann zur Verwendung mit selbstschneidenden Bolzen, Trockenvakuumbohren, einer Durch-Spindel-Stange oder einer Spannbodenabstützungs-Greifereinheit angepasst sein. Zusätzlich wirkt die Bohrung 186 als ein zentraler Fluiddurchgang für Fluid (z.B. Wasser oder Luft), das zum Herausspülen von geschnittenem Material während des Bohrvorgangs verwendet wird.

[0067] Nunmehr bezugnehmend auf FIG. 18 und 19 weist das Gehäuse 182 eine Mehrzahl von Fluiddurchgängen 190 auf. Ein Anschluss 194 (FIG. 19), der an einem Ende des Gehäuses

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182 angeordnet ist, stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Durchgang 190 und einer Fluidquelle (nicht abgebildet) bereit. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Durchgänge 190 parallel zur Rotorachse 178; in anderen Ausführungsformen können sich die Durchgänge 190 in einer anderen Ausrichtung durch das Gehäuse 182 erstrecken (z.B. können sich die Durchgänge spiral- oder schraubenlinienförmig rund um die Rotorachse 178 erstrecken). Die Durchgänge 190 können Fluid (z.B. Wasser) zum Spülen bereitstellen, und/oder können Fluiddurchgang durch das Gehäuse 182 zum Kühlen des Stators 166 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen kann das Fluid Luft statt Wasser sein.

[0068] Die direkte Verbindung zwischen dem Rotor 170 und dem Spannfutter 158 ermöglicht eine kompaktere Dreheinheit 30 als herkömmliche Systeme, wodurch sich die “tote Länge” der Bohrvorrichtung 10 verringert. Der SR-Motor stellt ein gutes Verhältnis von Größe zu Leistung oder Länge zu Leistung bereit, zeigt eine geringere Trägheit als herkömmliche Systeme, und ist imstande, ohne erhebliche nachteilige Auswirkungen auf die Gesamtlebensdauer des Motors wiederholt zu blockieren. Zusätzlich sind die Lager 174 einstückig mit dem Spannfutter 158 ausgebildet, was die erforderliche Last zum Drehen des SRMotors und die erforderlichen Lasten für Bohr- und Verankerungsvorgänge unterstützt.

[0069] In einigen Ausführungsformen weist die Bohrvorrichtung 10 eine Steuerung auf, um eine genaue Steuerung verschiedener Funktionen bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Verklemmen des Meißels 14 verhindern, und kann eine maximale Durchdringungsrate während eines Bohrvorgangs festlegen. Zusätzlich kann die Steuerung das Einsetzen der Bolzen, das Mischen von Harzchemikalien, das Festdrehen von Muttem und die Protokollierung automatisieren, ohne dass dazu eine externe Sensor- und Steuerungstechnologie erforderlich ist, wie für herkömmliche Hydrauliksysteme.

[0070] Wie in FIG. 22 gezeigt, hält und führt die Greifvorrichtung 48 im oberen Block 42 Bohrmeißel/Bolzen 14, während diese eine Öffnung 202 im oberen Block 42 passieren und in eine Felsoberfläche oder Minenoberfläche eindringen. Die Greifvorrichtung 48 kann ein Paar von Greifelementen 206 aufweisen, welche Magnetstäbe 208, die in Spulen 210 auf jeder Seite der Öffnung 202 angeordnet sind, aufweisen. In einigen Ausführungsformen fahrt eine

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Steuerung (nicht abgebildet) die Magnete 208 aus und ein, was notwendig ist, um eine gewünschte Klemmkraft auf den Bolzen 14 auszuüben.

[0071] Zusätzlich zum Steuern des Erfassens des Bolzens/des Stabs kann die Steuerung das Positionieren der Bohrvorrichtung steuern. In einigen Ausfiihrungsformen kann die Steuerung eine Selbststeuerung verschiedener elektrischer Stellantriebe bereitstellen, und kann eine Einfuhr- und Eindringgeschwindigkeit des Bolzens/Meißels steuern, und kann das Mischen, das Festdrehen von Muttem und das Protokollieren steuern. Die Steuerung kann einen Schutz gegen ein Blockieren der Vorrichtung bieten.

[0072] Zusätzlich kann die Steuerung die Position des oberen Blocks 42 in Bezug auf die Felsoberfläche während der Bohr- und Bolzeneinsetzvorgänge steuern. Wie in FIG. 23 dargestellt, ist der obere Block 42 in Bezug auf den unteren Block 46 ausfahrbar und einfahrbar. Die Stellungs- und Geschwindigkeitsrückmeldung ist wesentlich für den SR-Motor und die Greifelemente, und kann in der Weise einer Steuerung oder einer Regelung ausgelegt sein. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für externe Sensoren und/oder Schalter, die in einer Bergbauumgebung unter Tage anfällig für Schäden und Ausfälle sind.

[0073] Neuerlich bezugnehmend auf FIG. 1B weist die Maschine 4 einen Linearstellantrieb 290 zum Bewegen der Bohrvorrichtung 10 in Bezug auf den Ausleger 8 auf. Der Linearstellantrieb 290 positioniert die Bohrvorrichtung oder fuhrt die Bohrvorrichtung 10 von einer Verankerungsposition zu einer anderen Verankerungsposition. Wie in FIG. 24 gezeigt, kann der Linearstellantrieb 290 in einigen Ausfiihrungsformen eine Kugelgewindevorrichtung 214 aufweisen, in der ein SR-Motor eine Welle 218 antreibt, um den Linearstellantrieb 290 auszufahren oder einzufahren. Der SR-Motor kann einen Rotor 222, der innerhalb eines Stators 226 angeordnet ist, aufweisen, und der Rotor 222 weist vernetzte Kugeln 230 auf, welche die Welle 218 erfassen. Wenn sich der Rotor 222 dreht, fahrt die Welle 218 in Bezug auf den Rotor 222 aus und ein, wodurch sie den Stellantrieb 290 ausfahrt und einfährt.

[0074] Wie in FIG. 25 und 26 gezeigt, weist das Karussell 34 einen Masten 234 und Scheiben 238 auf, die mit dem Mast 234 verbunden sind. Jede der Scheiben 238 weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die entlang eines äußeren Umfangs angeordnet sind. Ein Bolzen

15/55 ist in jeder der Öffnungen angeordnet. Das Karussell 34 weist ferner Geber oder Arme 246 auf, die in Bezug auf den Masten 234 ausfahrbar sind. Eine Übergabestange 250 ist an den Armen 246 gelagert, und die Übergabestange 250 kann mehrere Magneten aufweisen, um den Bolzen 14 an der Stange 250 zu befestigen. Die Übergabestange 250 nimmt einen der Bolzen 14 auf und übergibt ihn an das Spannfutter 158 der Dreheinheit 30 (FIG. 15). Wenn der Bolzen 14 vom Spannfutter 158 und den Greifelementen 206 (FIG. 22) erfasst ist, werden die Arme 246 eingefahren, wodurch sie die Übergabestange 250 vom Bolzen 14 lösen. Nichtmetallische Gegenstände, wie zum Beispiel Harz- oder Klebstoffkapsel, können in einem metallischen Halter enthalten sein, sodass die Magneten der Übergabestange 250 wirksam sind. In einigen Ausführungsformen kann das Karussell 34 Elektromagneten (nicht abgebildet) zum Ergreifen eines Stabs oder Bolzens 14 aufweisen, und können eine Dreh-Schalteinrichtung aufweisen, um die Position der Scheibe 238 oder der Übergabestange 250 zu steuern.

[0075] FIG. 27 - 32 stellen eine Bohrvorrichtung 410 gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform dar. Die Bohrvorrichtung 410 ist ähnlich der Bohrvorrichtung 10, und ähnliche Elemente sind mit ähnlichen Bezugsnummem plus 400 gekennzeichnet.

[0076] Wie in FIG. 27 gezeigt, weist die Bohrvorrichtung 410 eine erste Stufe oder einen Sockel 422, eine zweite Stufe oder einen Vorschubrahmen 426, einen Vorschubrahmenträger 428 und eine Antriebseinheit oder Dreheinheit 430 auf. Nunmehr bezugnehmend auf FIG. 28 weist der Sockel 422 eine Endplatte oder einen oberen Block 442 und erste Stäbe oder Grundstäbe 450 auf. Der obere Block 442 ist mit Enden der Grundstäbe 450 verbunden, und weist eine Greifvorrichtung 448 auf, die ein Paar von durch Elektromagneten 608 angetriebenen Greifelementen 606 aufweist.

[0077] Ein Paar der Grundstäbe 450a ist für gleitende Bewegung in Bezug auf den Vorschubrahmenträger 428 gelagert. Zusätzlich weist der Sockel 422 ein Paar von Vorschubmuttem 452, Vorschubschnecken 454 und Vorschubantrieben 456 auf. Jede Vorschubmutter 452 ist an einem Ende eines zugehörigen Grundstabs 450a befestigt. Jede Vorschubschnecke 454 erstreckt sich durch den Vorschubrahmenträger 428 und ist mittels Gewinde mit der zugehörigen Vorschubmutter 452 verbunden. Ein Ende jeder

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Vorschubschnecke 454 ist in der Nähe einer zweiten Endplatte 458 mit einem zugehörigen der Vorschubantriebe 456 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder der Vorschubantriebe 456 ein SR-Motor; in anderen Ausfuhrungsformen kann jeder der Vorschubantriebe 456 eine andere Art von Motor aufweisen.

[0078] Die Vorschubantriebe 456 drehen die Vorschubschnecken 454, um die Vorschubschnecken 454 in Bezug auf die Vorschubmuttem zu schrauben. Als ein Ergebnis bewegen sich die Vorschubmuttem 452 und die Grundstäbe 450a entlang der Achsen der Vorschubschnecken 454. Zusätzliche Grundstäbe 450b können sich in den Vorschubrahmen 426 hinein erstrecken, um zusätzliche Führung und/oder Drehmomentstütze bereitzustellen.

[0079] Wie in FIG. 29 gezeigt, weist der Vorschubrahmenträger 428 eine Trägerendplatte 460, Trägerdrehstäbe 510, einen ersten Antreiber oder Trägerantreiber 512, ein erstes Führungselement oder Trägerführungselement 516, eine Trägerschnecke 518 und einen Trägerantrieb 534 auf. Ein Ende jedes Trägerdrehstabs 510 ist an der Trägerendplatte 460 befestigt, und die Trägerdrehstäbe 510 erstrecken sich durch das Trägerführungselement 516. In der dargestellten Ausführungsform ist ein gegenüberliegendes Ende jedes Trägerdrehstabs 510 an der zweiten Endplatte 458 befestigt (z.B. auf einer Trägerhalterung 520 bereitgestellt).

[0080] Der Trägerantreiber 512 ist innerhalb des Trägerführungselements 516 angeordnet. Der Trägerantreiber 512 ist gleitbeweglich mit den Trägerdrehstäben 510 verbunden und ist entlang der Stäbe 510 innerhalb des Trägerführungselements 516 beweglich angeordnet. Zusätzlich erstreckt sich die Trägerschnecke 518 von der Trägerhalterung 520 mindestens teilweise durch das Trägerführungselement 516. Der Trägerantreiber 512 weist eine Bohrung mit Gewinde 524 auf, um die Trägerschnecke 518 mittels Gewinde aufzunehmen. Der Trägerantrieb 534 ist an der Trägerhalterung 520 befestigt und treibt ein Ende der Trägerschnecke 518 an. In der dargestellten Ausführungsform ist der Trägerantrieb 534 ein SR-Motor; in anderen Ausführungsformen kann der Trägerantrieb 534 eine andere Art von Motor aufweisen. Wenn sich die Trägerschnecke 518 dreht, gleitet der Trägerantreiber 512 die Trägerdrehstäbe 510 entlang. Der Trägerantreiber 512 weist einen Magneten (z.B. einen Permanentmagneten) auf.

17/55 [0081] Der Vorschubrahmen 426 weist eine Vorschubrahmenendplatte 528, zweite Drehstäbe oder Dreheinheitsdrehstäbe 532, einen zweiten Antreiber oder Dreheinheitsantreiber 536, ein zweites Führungselement oder Dreheinheitsführungselement 540, einen Vorschubrahmenträger 542, eine Dreheinheitsvorschubschnecke 544 und einen Dreheinheitsvorschubantrieb 548 auf. Ein Ende jedes Dreheinheitsdrehstabs 532 ist an der Vorschubrahmenendplatte 528 befestigt, und die Dreheinheitsdrehstäbe 532 erstrecken sich durch das Dreheinheitsführungselement 540. In der dargestellten Ausführungsform sind ein gegenüberliegendes Ende jedes der Dreheinheitsdrehstäbe 532 und der Vorschubrahmenhalter 542 an einer Vorschubrahmenhalterung 552 befestigt. Der Vorschubrahmenhalter 542 greift in das Trägerführungselement 516 ein (z.B. nimmt er es auf). Der Magnet des Trägerantreibers 512 ist magnetisch mit dem Vorschubrahmenhalter 542 verbunden. Wenn der Trägerantreiber 512 dem Trägerführungselement 516 entlang gleitet, wird der Vorschubrahmenhalter 542 angetrieben, um dem Trägerführungselement 516 entlang zu gleiten.

[0082] Der Dreheinheitsantreiber 536 ist innerhalb des Dreheinheitsführungselements 540 angeordnet. Der Trägerantreiber 536 ist gleitbeweglich mit den Dreheinheitsdrehstäben 532 verbunden und ist entlang der Stäbe 532 innerhalb des Dreheinheitsführungselements 540 beweglich angeordnet. Zusätzlich erstreckt sich die Dreheinheitsvorschubschnecke 544 von der Vorschubrahmenhalterung 552 und mindestens teilweise durch das Dreheinheitsführungselement 540. Der Dreheinheitsantreiber 536 weist eine Bohrung mit Gewinde 554 auf, um die Dreheinheitsvorschubschnecke 544 mittels Gewinde aufzunehmen. Der Dreheinheitsvorschubantrieb 548 ist an der Vorschubrahmenhalterung 552 befestigt und treibt ein Ende der Dreheinheitsvorschubschnecke 544 an. In der dargestellten Ausführungsform ist der Dreheinheitsvorschubantrieb 548 ein SR-Motor; in anderen Ausführungsformen kann der Dreheinheitsvorschubantrieb 548 eine andere Art von Motor aufweisen. Wenn sich die Dreheinheitsvorschubschnecke 544 dreht, gleitet der Dreheinheitsantreiber 536 den Dreheinheitsdrehstäben 532 entlang.

[0083] Die Antriebseinheit oder Dreheinheit 430 ist mit einem Gleitblock 514 verbunden, der einen Dreheinheitshalter 556 aufweist. Der Dreheinheitshalter 556 greift in das Dreheinheitsführungselement 540 ein (z.B. nimmt er es auf). Der Dreheinheitsantreiber 536

18/55 weist einen Magneten (z.B. einen Permanentmagneten) auf, und ist magnetisch mit dem Dreheinheitshalter 556 verbunden. Wenn der Dreheinheitsantreiber 536 entlang des Dreheinheitsfuhrungselements 540 gleitet, wird der Dreheinheitshalter 556 angetrieben, um dem Dreheinheitsfuhrungselement 540 entlangzugleiten. Die Dreheinheit 430 und der Vorschubrahmen 426 können durch gleichzeitiges oder sequentielles Erregen des Dreheinheitsvorschubantriebs 548 beziehungsweise des Trägerantriebs 534 gleichzeitig oder nacheinander betätigt werden.

[0084] Wie in FIG. 32 gezeigt, weist sowohl der Trägerantreiber 512 als auch der Dreheinheitsantreiber 536 entlang der Vorschubachse betrachtet ein längliches oder nicht kreisförmiges oder exzentrisches Profil auf. Die Antreiber 512, 536 weisen eine größere Größe auf, als ein zylindrischer Antreiber, wodurch sie eine größere Magnetkraft und Flussdichte aufweisen, als ein zylindrischer Antreiber. Zusätzlich wird die Bohrvorrichtung 410 ausschließlich unter Verwendung elektrischer (oder elektromagnetischer) Energie betätigt.

[0085] FIG. 33-41 stellen eine Bohrvorrichtung 810 gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform dar. Die Bohrvorrichtung 810 ist ähnlich der Bohrvorrichtung 10, und ähnliche Elemente sind mit ähnlichen Bezugsnummem plus 800 gekennzeichnet.

[0086] Wie in FIG. 33 und 34 gezeigt, weist die Bohrvorrichtung 810 eine erste Stufe oder einen Sockel 822, einen Vorschubrahmen 826 und eine Antriebs- oder Dreheinheit 830 auf. Der Sockel 822 weist ein Paar von Führungsstangen 866 auf, die sich von einer Endplatte 858 zu einem Anschlagelement 862 erstrecken, und ein Paar von Hohlstangen 1000 ist mit der Endplatte 858 verbunden. Die Hohlstangen 1000 sind mit Grundstangen 850 verbunden, und die Grundstangen 850 sind innerhalb der Hohlstangen 1000 gleitbeweglich angeordnet.

[0087] Nunmehr bezugnehmend auf FIG. 36 nimmt jede Hohlstange 1000 eine

Antriebseinheit oder einen linearen Stellantrieb der ersten Stufe auf. In der dargestellten Ausfuhrungsform weist jeder Linearstellantrieb der ersten Stufe eine Kugelgewindevorrichtung der ersten Stufe 1014 und einen Motor der ersten Stufe 962 (z.B. einen SR-Motor), der die Kugelgewindevorrichtung der ersten Stufe 1014 antreibt, auf. Die Kugelgewindevorrichtung der ersten Stufe 1014 weist eine Antriebsmutter der ersten Stufe 1016 auf, die an einem Ende einer

19/55 zugehörigen der Grundstangen 850 befestigt ist. Jede Antriebsmutter der ersten Stufe 1016 greift in eine Gewindewelle 1024 ein. Jede Antriebsmutter der ersten Stufe 1016 kann vernetzte Kugeln (z.B. ähnlich den vernetzten Kugeln, die in FIG. 24 dargestellt sind) aufweisen. Eine Betätigung der Motoren der ersten Stufe 962 dreht die Wellen 1024, um die Grundstangen 850 zu bewegen, wodurch sich ein oberer Block 842 von einem unteren Block 846 weg oder zu diesem hin bewegt.

[0088] Wie in FIG. 34 und 35 gezeigt, weist der Führungsrahmen 826 einen oberen Vorschubblock 902, einen unteren Vorschubblock 906, ein Paar von Vorschubverlängerungsstangen 1004, ein Paar von Vorschubstangen 910 und einen Gleitblock 914 auf, der beweglich mit den Vorschubstangen 910 verbunden ist. Die Vorschubstangen 910 sind mit den Grundstangen 850 und den Hohlstangen 1000 verbunden. Die Vorschubverlängerungsstangen 1004 sind mit den Führungsstangen 866 verbunden und gleitbeweglich innerhalb der Führungsstangen 866 angeordnet. Bezugnehmend auf FIG. 37 nimmt jede der Führungsstangen 866 eine Antriebseinheit oder einen linearen Stellantrieb der zweiten Stufe auf. In der dargestellten Ausfiihrungsform weist jeder Linearstellantrieb der zweiten Stufe eine Kugelgewindevorrichtung der zweiten Stufe 1032 und einen Motor der zweiten Stufe 1036 (z.B. einen SR-Motor), der die Kugelgewindevorrichtung der zweiten Stufe 1032 antreibt, auf. Die Kugelgewindevorrichtung der zweiten Stufe 1032 weist eine Antriebsmutter der zweiten Stufe 1040 auf, die an einem Ende einer zugehörigen der Vorschubverlängerungsstangen 1004 befestigt ist. Jede Antriebsmutter der zweiten Stufe 1040 greift in eine Gewindewelle 1044 ein. Jede Antriebsmutter der zweiten Stufe 1040 kann vernetzte Kugeln (z.B. ähnlich den vernetzten Kugeln, die in FIG. 24 dargestellt sind) aufweisen. Eine Betätigung der Motoren der zweiten Stufe 1036 dreht die Wellen 1044, um den Vorschubrahmen 826 zum oberen Block 842 hin oder von diesem weg zu bewegen. In einigen Ausfuhrungsformen kann der obere Vorschubblock 902 Führungslager (nicht abgebildet) aufweisen, die in die Grundstangen 850 eingreifen, und der untere Vorschubblock 906 kann Führungslager (nicht abgebildet) aufweisen, die in die Hohlstangen 1000 eingreifen.

[0089] Wie in FIG. 39 am besten ersichtlich, weist der Vorschubrahmen 826 ferner ein Rohr 1062 auf, das mit dem oberen Vorschubblock 902 und dem unteren Vorschubblock 906

20/55 verbunden ist, auf. Das Rohr 1062 nimmt eine Antriebseinheit oder einen Linearstellantrieb einer dritten Stufe auf, der/das eine Kugelgewindevorrichtung der dritten Stufe 1072, einen Motor der dritten Stufe 1076 (z.B. einen SR-Motor), der die Kugelgewindevorrichtung der dritten Stufe 1072 antreibt, und eine erste oder innere Magnetanordnung 1078 aufweist. Die Kugelgewindevorrichtung der dritten Stufe 1072 weist eine Gewindewelle 1066 auf, und die innere Magnetanordnung 1078 ist mittels Gewinde mit der Welle 1066 verbunden.

[0090] Ein Gleitblock 914 weist eine entsprechende zweite oder äußere Magnetanordnung 1082 auf, wobei deren magnetische Nord- und Südpole entgegengesetzt den magnetischen Nordund Südpolen der inneren Magnetanordnung 1078 ausgerichtet sind, sodass eine Bewegung der inneren Magnetanordnung 1078 entlang der Länge des Rohrs 1062 bewirkt, dass die äußere Magnetanordnung 1082 und der Gleitblock 914 entlang den Vorschubstangen 910 mitgenommen werden. In einigen Ausführungsformen weisen die innere Magnetanordnung 1078 und die äußere Magnetanordnung 1082 Seltenerdmagnete auf; in anderen Ausführungsformen weisen die Anordnungen 1078,1082 andere Arten von Magneten auf. Die Magnetanordnungen sind ferner derart angeordnet, dass sie daran gehindert werden, sich unabhängig voneinander um ihre Längsachsen zu drehen. Wie in FIG. 40 und 41 gezeigt, sind die innere Magnetanordnung 1078 und die äußere Magnetanordnung 1082 exzentrisch angebracht, wobei ihre jeweiligen Längsachsen von der Längsachse der Gewindekugelvorrichtung 1072 der dritten Stufe versetzt angeordnet sind. Die Exzentrizität oder der Versatz der Achsen stellt eine Verwindungsfestigkeit bereit, und verhindert ein Umdrehen der inneren Magnetanordnung 1078, während sie/er eine Drehung um die Welle 1066 erlaubt.

[0091] Obwohl verschiedene Aspekte unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden sind, gibt es Variationen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und Gedankens eines oder mehrerer der unabhängigen Aspekte gemäß der Beschreibung. Verschiedene Merkmale und Vorteile sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Beansprucht wird Folgendes:

1. Bohr- und Verankerungsvorrichtung umfassend:

einen Rahmen;

eine Antriebseinheit, die für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen gelagert ist, wobei die Antriebseinheit einen Block, einen am Block gelagerten Motor und ein Spannfutter zum Erfassen eines Bohrelements aufweist, wobei das Spannfutter durch den Motor angetrieben ist; und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen, der Stellantrieb aufweisend einen Magneten, der eine Magnetkraft auf den Block ausübt, um eine magnetische Kopplung zwischen dem Stellantrieb und dem Block bereitzustellen.
2. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Vorschubrahmen ist, der für eine Bewegung entlang eines ausfahrbaren Grundrahmens gelagert ist.
3. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen ein Grundrahmen ist, die Bohr- und Verankerungsvorrichtung ferner umfassend einen Vorschubrahmen, der für eine Bewegung in Bezug auf den Grundrahmen entlang einer Vorschubachse gelagert ist, wobei der Betrieb des Stellantriebs den Vorschubrahmen in Bezug auf den Grundrahmen bewegt, wobei die Antriebseinheit direkt am Vorschubrahmen gelagert ist.
4. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stellantrieb ferner eine längliche Gewindewelle aufweist und der Magnet mittels Gewinde mit der Gewindewelle verbunden ist, die Gewindewelle parallel zu einer Vorschubachse ausgerichtet ist, eine Drehung der Gewindewelle bewirkt, dass sich der Magnet entlang der Gewindewelle bewegt, wobei die Bewegung des Magneten eine entsprechende Bewegung des Blocks parallel zu einer Vorschubachse bewirkt.

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5. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gewindewelle durch einen Elektromotor angetrieben ist.
6. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Magnet in Bezug auf die Gewindewelle exzentrisch befestigt, und ein Zentrum des Magneten versetzt zur Gewindewelle angeordnet ist.
7. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet in einer Richtung parallel zu einer Vorschubachse beweglich ist und der Magnet einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist.
8. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet entweder ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet ist.
9. Bohr- und VerankerungsVorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet ein erster Magnet ist, wobei der Block ferner einen zweiten Magneten, der sich mindestens teilweise entlang eines Umfangs des ersten Magneten erstreckt, aufweist.
10. Bohr- und Verankerungsvorrichtung umfassend:

einen Rahmen, der mindestens ein längliches Element aufweist, das sich parallel zu einer Vorschubachse erstreckt;

eine Antriebseinheit, die für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen entlang der Vorschubachse gelagert ist, die Antriebseinheit aufweisend einen Block, einen am Block gelagerten Motor und ein Spannfutter zum Erfassen eines Bohrelements, wobei das Spannfutter durch den Motor angetrieben ist; und einen Stellantrieb zum Bewegen der Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen, wobei der Stellantrieb mindestens teilweise innerhalb des mindestens einen länglichen Elements angeordnet ist.
11. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Stellantrieb eine längliche Gewindewelle und einen mittels Gewinde mit der Gewindewelle verbundenen Antreiber (Motivator) aufweist, die Gewindewelle parallel zur Vorschubachse ausgerichtet ist,

23/55 und eine Drehung der Gewindewelle bewirkt, dass sich der Antreiber entlang der Gewindewelle parallel zur Vorschubachse bewegt.
12. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Antreiber einen Magneten aufweist, der eine magnetische Kopplung zwischen dem Antreiber und dem Block bereitstellt.
13. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Gewindewelle durch einen geschalteten Reluktanzmotor angetrieben ist.
14. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Stellantrieb den Block ohne direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Stellantrieb und dem Block bewegt.
15. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine längliche Element ein Paar von länglichen Elementen aufweist, wobei der Stellantrieb ein erster Stellantrieb ist, der in einem der länglichen Elemente angeordnet ist, und ferner umfassend einen zweiten Stellantrieb, der mindestens teilweise innerhalb des anderen der länglichen Elemente angeordnet ist, wobei der zweite Stellantrieb in Verbindung mit dem ersten Stellantrieb wirkt, um die Antriebseinheit in Bezug auf den Rahmen zu bewegen.
16. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Rahmen ein Rahmen einer ersten Stufe ist, die Bohr- und Verankerungsvorrichtung ferner umfassend einen Rahmen einer zweiten Stufe, der für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen der ersten Stufe in einer Richtung parallel zum Rahmen der ersten Stufe gelagert ist, wobei der Betrieb des Stellantriebs den Rahmen der zweiten Stufe in Bezug auf den Rahmen der ersten Stufe bewegt, wobei die Antriebseinheit direkt am Rahmen der zweiten Stufe gelagert ist.
17. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das mindestens eine längliche Element des Rahmens der ersten Stufe in einer Richtung parallel zur Vorschubachse ausfahrbar ist, das längliche Element einen ersten Stab und einen zweiten Stab, der gleitbeweglich innerhalb des ersten Stabs aufgenommen ist, aufweist, und ferner umfassend einen Verlängerungsstellantrieb zum Bewegen entweder des ersten oder des zweiten Stabs in

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Bezug auf den anderen der ersten und zweiten Stäbe, der Verlängerungsstellantrieb aufweisend eine Gewindewelle und eine Mutter, die mittels Gewinde mit der Gewindewelle verbunden ist, wobei die Mutter entweder am ersten Stab oder am zweiten Stab befestigt ist, wobei eine Drehung der Gewindewelle bewirkt, dass sich die Mutter und der eine der ersten und zweiten Stäbe entlang der Gewindewelle parallel zur Vorschubachse bewegen.
18. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das mindestens eine längliche Element des Rahmens der ersten Stufe in einer Richtung parallel zur Vorschubachse ausfahrbar ist, das längliche Element aufweisend einen ersten Stab und einen zweiten Stab, der gleitbeweglich innerhalb des ersten Stabs aufgenommen ist, und ferner umfassend einen Fluidstellantrieb zum Bewegen entweder des ersten oder des zweiten Stabs in Bezug auf den anderen der ersten und zweiten Stäbe, wobei der Fluidstellantrieb innerhalb des mindestens einen länglichen Elements angeordnet ist.
19. Bohr- und VerankerungsVorrichtung zum Treiben eines Bohrelements in eine Felsoberfläche, die Vorrichtung umfassend:

einen Rahmen; und eine Antriebseinheit, die für eine Bewegung in Bezug auf den Rahmen entlang einer Vorschubachse gelagert ist, die Antriebseinheit aufweisend einen geschalteten Reluktanzmotor und ein Spannfutter zum Antreiben des Bohrelements, der geschaltete Reluktanzmotor aufweisend einen Stator und einen Rotor, der für eine Drehung in Bezug auf den Stator gelagert ist, wobei der Rotor direkt mit dem Spannfutter verbunden ist.
20. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse, das den Stator und den Rotor lagert, aufweist, das Gehäuse aufweisend mindestens einen Fluiddurchgang.
21. Bohr- und VerankerungsVorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse, das den Stator und den Rotor lagert, aufweist, wobei das Gehäuse für eine gleitende Bewegung in Bezug auf den Rahmen entlang der Vorschubachse gelagert ist.

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22. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Rotor ein erstes Ende, ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende und einen Durchgang, der sich durch den Rotor vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, aufweist, wobei der Durchgang mit dem Spannfutter in Fluidverbindung steht.
23. Bohr- und Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Rotor ein erstes Ende, ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende und einen Durchgang, der sich durch den Rotor vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, auf weist, wobei der Durchgang Fluid zum Kühlen des Motors aufhimmt.

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