Universiẗat, Diss., 2000--Kiel.

Detta examensarbetet har utförts på LKAB Wassara, ett dotterbolag till LKAB. Företaget arbetar med att utveckla, tillverka och marknadsföra system för vattenhydraulisk bergborrning. Specifikt så faller Wassaras borrsystem under kategorin slående bergborrning och DTH(Down the hole). DTH innebär att slagverket, som även kallas hammaren placeras längst fram och leder på så vis borrsträngen in i borrhålet. I vissa fall kan även tekniken refereras till som ITH(In The Hole) eftersom borrningen inte nödvändigtvis måste utföras neråt. Wassara-hammarens flödesbehov varierar mycket under en slagcykel och på grund av detta uppstår tryckpulsationer i systemet. Det är sedan tidigare känt att tryckpulsationerna skapar vibrationer i borrsystemet men ytterligare följdeffekter är okända. En utredning angående hur en minskning av tryckpulsationerna i systemet skulle kunna påverka t.ex. borrsjunkshastighet och verkningsgrad har länge varit aktuell att utföra och det är det grundläggande syftet med detta examensarbete. För att kunna utföra en utredning angående hur en minskning av tryckpulsationerna skulle kunna påverka systemet måste först ett fungerande koncept för minskning av tryckpulsationerna tas fram. Några år innan detta examensarbete påbörjades har en ackumulatorprototyp tillverkats och tester av den ska utföras för att se om den kan minska tryckpulsationerna. Under dessa tester så ska även hammarens prestanda mätas. I samband med de praktiska tester som kommer att utföras så finns det även en önskan att mer grundläggande förstå hur tryckpulsationerna uppstår och hur de påverkar systemet varav en teori för hur ackumulatorn kommer att påverka systemet även kommer att härledas under examensarbetet. Både teorin och de praktiska testerna visar på att tryckpulsationerna minskar i systemet om en ackumulator monteras direkt bakom hammaren i borrsträngen. Ingen större förändring för varken verkningsgrad eller borrsjunkshastighet kunde mätas under de praktiska testerna och teorin som tagits fram visar på att det blir en väldigt liten skillnad i dessa storheter.

Impact fatigue is an area which very little research has been carried out in. Of interest from companies in the rock drilling industry, Karlstads University has resumed research in the field of impact fatigue. During its experiments, Karlstads University wants to preform experiments with both a solid anvil and a damped anvil. As the damped anvil is a new product this work has followed a typical product development process. In order to be able to evaluate the different solutions, an elimination matrix has been used in connection whit some estimated calculations. The final concept uses a hydraulic cylinder in conjunction with a piston accumulator. As the concept is hydropneumatics and the hydraulic cylinder will need to be modified, there is a potential risk of leakage. The dampening properties of the final concept are enough to be able to perform the work that the client demands. / Slagutamattning är ett område som idag väldigt lite forskning har utförts inom. Av intresse från företag inom bergborrningsbranschen har Karlstads Universitet återupptagit forskning inom slagutmattning. Karlstads Universitet vill kunna utföra experiment med både ett stumt slagstäd och ett dämpat slagstäd.  Då det dämpade städet är en ny produkt har detta arbete följt en typisk produktframtagningsprocess. För att kunna utvärdera de olika lösningarna har elimineringsmatris använts i samband med överslagsberäkningar och FEM-analys. Det slutliga konceptet använder sig av en hydraulcylinder i samverkan med en kolvackumulator. Då konceptet är hydropneumatiskt och hydraulcylindern kommer behövas modifieras finns det potentiella risker för att läckage kan uppstå. Det slutliga konceptets dämpningsegenskaper är i teorin goda nog för att kunna utföra det arbete som uppdragsgivaren efterfrågar.

Bosch Rexroth utvecklar och tillverkar Hägglunds hydraulmotorer. Motorerna används vid många olika industriella applikationer. Idag används motorerna även vid baxning och målet med examensarbetet var att ta fram ett kopplingskoncept för baxning samt tillverkningsunderlag för denna koppling. Syftet med examensarbetet var att skapa en kopplingslösning mellan motor och kundaxel för Hägglunds hydraulmotor CB 400 samt CB 840. I dagsläget finns den mindre motorserien CA för baxning, men kunderna har ett behov att använda motorserien CB som klarar högre vridmoment än motorserien CA. Eftersom uppdelningen gäller för motorstorlekarna CB 400 samt CB 840, krävs två olika storlekar av kopplingar samt axlar. Först togs sex kopplingskoncept fram. Med beslut av personal hos Bosch Rexroth sattes sedan de fyra mest relevanta koncepten in i en jämförelsetabell för att poängsättas efter olika kriterier. Av de fyra koncepten i jämförelsetabellen valdes koncept tre för att arbeta vidare med. Detta koncept handlade om att ta den befintliga baxningslösningen och dimensionera upp denna för vridmomenten som motorerna CB 400 samt CB 840 kan skapa. Här antogs samma material och standarder på de två nya kopplingarna som för den befintliga kopplingen till CA serien. Bosch Rexroth har idag tillgång till alla dokument och underlag som har skapats för båda kopplingarna och de kommer att arbeta vidare på dessa för att på sikt kunna tillhandahålla en färdig produkt. / Bosch Rexroth develops and manufactures Hägglund’s hydraulic motors. The motors are used in many industrial applications. Nowadays, the motors are also used for inching, and the goal of this thesis was to develop a coupling concept for their motor series CB and develop manufacturing basis for this coupling. The purpose of this thesis was to establish a coupling solution between the motor and the costumer shaft for the motors CB 400 and CB 840. At present, there is the smaller motor of the CA series for inching, but customers would like to use the motor of the CB series, which can handle higher torques than the motors of the CA series. Since the division applies for the CB 400 and the CB 840, two different sizes of couplings and shafts are required. At first, six coupling concepts were developed. With a decision making by staff at Bosch Rexroth, the four most relevant concepts were then put into a comparison table to be scored according to different criterias. Of the four concepts in the comparison table, concept three was chosen to work on further. This concept involved the existing inching solution. The task was then to dimension it for the torques that the CB 400 and CB 840 motors can create. Hence the same materials and standards were adopted on the two new couplings as for the existing coupling of the CA series. Bosch Rexroth today has access to all documents and basis that have been created for both couplings and they will continue to work on these in order to be able to provide a finished product in the long term.

Im Zuge der Aufbereitung von Kalirohsalzen fallen weltweit feste Rückstände an, die auf Großhalden entsorgt werden. Die Aufhaldung und die von den Rückstandshalden ausgehenden Umweltauswirkungen unterliegen in Deutschland der Kontrolle durch die zuständigen Bergbehörden. Um die Emissionen besser quantifizieren zu können und die Eignung technischer Minderungsmaßnahmen zu beurteilen, erfolgte im Rahmen der Genehmigungsverfahren zur Erweiterung der Rückstandshalden an den Standorten Hattorf und Wintershall die Erkundung des Haldenkörpers durch Bohrungen mit Fokus auf die darin ablaufenden Strömungsprozesse. Eine Modellvorstellung zur Zonierung der Halde im Hinblick auf Strömungsprozesse war zunächst anhand von Haldenbohrungen am Standort Hattorf entwickelt worden. Das Ziel dieser Arbeit war, mittels der Bohrergebnisse einer weiteren Haldenbohrung am Standort Wintershall die Übertragbarkeit der zuvor in Hattorf gefundenen Gegebenheiten zu überprüfen und den Kenntnisstand zu Strömungs- und Alterationsprozessen innerhalb der Halde zu verbessern. Im Zuge der Haldenbohrungen erfolgten bohrbegleitende Untersuchungen (Abflussmessungen, Kamerabefahrungen, geophysikalische und geohydraulische Untersuchungen), und an dem Bohrkernmaterial und den Haldenlösungen wurde ein umfangreiches Laboruntersuchungsprogramm ausgeführt, das chemische und mineralogische Analysen sowie Untersuchungen der physikalischen und hydraulischen Eigenschaften des Rückstands umfasste. Zusätzlich wurden ergänzende Gefügeuntersuchungen (Dünnschliffuntersuchungen am Rasterelektronen-Mikroskop und exemplarische CT-Untersuchungen) an Probenmaterial der Halde Hattorf durchgeführt, um mittels visueller Untersuchungen insbesondere die Rolle überschütteter ehemaliger Haldenoberflächen für das Strömungsgeschehen im Haldenkörper zu erkunden. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse wurden die Strömungs- und Alterationsprozesse im Rückstand beschrieben. Die maßgebliche Erkenntnis im Hinblick auf das Strömungsgeschehen im Haldenkörper ist, dass in dessen Porenraum keine Sättigung besteht und dieser in allen Bereichen mit einem Gemisch aus Lösung und Luft gefüllt ist, so dass die Gesetzmäßigkeiten der Zweiphasenströmung maßgeblich sind. Die bislang zur Bewertung von Strömungsprozessen üblichen Durchlässigkeitsbeiwerte sind damit ungeeignet, da sie für gesättigte Bereiche gelten. Übereinstimmend wurde mit einer Reihe von Ergebnissen belegt, dass die Strömungsprozesse im Haldenkörper an bevorzugte Wegsamkeiten gebunden sind, bei denen es sich ausweislich der Gefügeuntersuchungen um ein System miteinander verbundenen Sekundärporen handelt. Der Rückstand ist zu charakterisieren als ein Nebeneinander aus diesen Wegsamkeiten und unbeeinflussten, aggregierten Bereichen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass der Niederschlagseinfluss zur Teufe hin abnimmt, und es wurden Kriterien zum Nachweis von Niederschlagsunbeeinflussten Bereichen formuliert. Die Arbeit hat damit auch gezeigt, dass die Modellvorstellung, welche die Halde in eine für die Strömungsprozesse maßgebliche Haldenmantelzone, eine gering durchlässige Kernzone und eine dazwischen befindliche Übergangszone mit gradueller Änderung der Eigenschaften unterteilt, grundsätzlich auch auf den Standort Wintershall übertragbar ist. Das Modell des Haldenkörpers wurde weiter detailliert und zusätzliche Kriterien zur Verortung der einzelnen Zonen im Haldenkörper abgeleitet. Insbesondere wurde im Haldenmantelbereich eine charakteristische Randzone ausgehalten, welche im Ergebnis einer intensiven Durchströmung mit un- bzw. teilgesättigten Lösungen selektiv an Wertstoff-Restgehalten abgereichert ist. Sie 2 wird von den unterlagernden reaktiven Zonen durch die Lösungsfronten für Kalium und Magnesium abgegrenzt. Aufbauend auf der erweiterten Modellvorstellung wurde die Zonierung für die Haldenbohrung am Standort Wintershall abgeleitet. Besonderes Augenmerk galt im Rahmen aller Untersuchungen der Wirkung von überschütteten ehemaligen Haldenoberflächen, die als Schüttflächen bezeichnet werden. Es zeigte sich anhand der Untersuchungen, dass die Relevanz von Schüttflächen für das Strömungsgeschehen abhängig von der Schütthistorie ist, und dass diese, selbst wenn sie aktiv am Strömungsgeschehen teilnehmen, die Gegebenheiten im Haldenkörper nur lokal überprägen. Das Ziel der Aufstellung eines Modells zu Strömungsprozessen im Haldenkörper besteht in der Beurteilung der von diesen Halden ausgehenden Umweltauswirkungen. Darüber hinaus dienen die Erkenntnisse der Einschätzung der Wirksamkeit der bereits ergriffenen bzw. noch zu ergreifenden Schutz- und Emissionsminderungsmaßnahmen sowie der Planung zukünftiger Maßnahmen zur Wiedernutzbarmachung der Tagesoberfläche und zur Erstellung von Prognosen. In diesem Sinne wurden aus den Ergebnissen der Arbeit abschließend Empfehlungen für technische Konzepte und den Haldenbetrieb abgeleitet. / Residues of german potash production are piled on large tailings near the mineral processing factories. The extend of those tailing piles as well as the necessary environmental protection measures are controlled by local mining authorities. Within the scope of permitting procedures for heap extensions and on behalf of the authority, the potash tailing piles of Hattorf and Wintershall site were examined by a large drilling program in order to learn more about flow processes inside the residues. Based on a former driling program at the hattorf site, a model of the heap´s interior was set up. By evaluating another drilling at the Wintershall site, this work contributes to the question whether that model conception can be applied to other potash heaps with similar composition as well. The evaluation was based on the displayed results of field examination (i.e. camera inspection, geophysical measurement) as well as laboratory examinations, including chemical and mineralogical analyses and examinations of physical and hydraulic properties. Furthermore, complementary structural examinations were carried out on samples from hattorf site. The results of those, in combination with the results from the Wintershall drilling programme, were used to describe flow and alteration processes inside the heap. The results have shown that there is no brine saturation inside the compacted residues allover the tailing pile, and therefore the principles of two-phase-flow have to be applied. So far, flow processes inside the tailings had been characterised by permeability coefficients, which are, in respect to the presented results, not applicable, because they describe saturated environments. Structural examinations have proved in agreement with other results that flow processes inside the tailing pile are bound to preferred flow paths, which can be described as a net of secondary porosity resulting from solution processes. According to the various results, those preferred paths lie next to aggregated areas, which are not affected by percolating brines. The influence of precipitation decreases with depth, and in conclusion, criteria for uninfluenced areas within the tailing pile were deduced. 3 The model conception, based on former results at Hattorf site, distinguishes between an outer mantle zone, where major flow processes take place, a low permeable core zone and a transition zone in between. According to the presented results, this work has proved, that the model conception is applicable for other kieserite-bearing tailing piles like Wintershall site; with the limitation, that the term of liquid permeability (or non-permeability) is not appropriate for the description of flow processes, as stated before. The results contributed to the model conception by providing further details according to the zone´s properties. In particular, it is shown, that the tailing pile´s mantle area contains a characteristic outer zone, which is – due to intense percolation of non-saturated brines – depleted of the remains of the resources kieserite and sylvine and their conversion products. This „halite-calcium sulphate zone“ is separated from the underlying reactive conversion zone by solution fronts of magnesium and potassium. Based on the so – extended model conception, the depth position of each zone for the area of the borehole at Wintershall site was derived, which provides the basis for technical measures of water catchment, as well as for the hydrologic balance. The focus of all research work in the frame of this dissertation was on the role of former surfaces of the tailing pile, which have been subsequently buried by further residues (so called „Schüttflächen“), and the contribution of such inhomogeneities to flow processes. The analyses have shown, that the role of those former surfaces depends mainly on the history of deposition. But even if the former surfaces still take part in flow processes and are not alterated due to compaction and chemical precipitation, their influence within the heap is limited to a small area, and so is their impact on the hydrologic balance. The model conception of potash tailing piles provides basic information for the assessment of the tailing pile´s environmental impact, especially on groundwater, as well as for the hydrologic balance and forecasts according to wastewater disposal. Furthermore, the results are relevant for the evaluation of protection and minimization measures as well as for the planning process of future measures of redevelopment of the mining sites. In this context, the work finally provides recommendations for future technical aspects of emission control measures and an environmentally sustainable tailings management.

This is a master thesis from Linköpings University with an emphasis on mobile working hydraulic systems. This thesis was conducted at and in collaboration with Väderstad AB with the premise to make it easier for smaller tractor’s and tractor’s with small hydraulic pumps installed to drive bigger and more advanced planters. The seed machine Spirit and the precision planter Tempo have been studied with focus on the fertilizer fan and augers. The machines are dragged behind a tractor and a rehydraulically powered from the tractor’s built in hydraulic pump. The project covers a study of concepts with the aim to expand the hydraulic capacity by installing a pump which is driven by the tractor’s power take-off. The goal was to present different solutions for how the concepts could be designed. The different concepts were compared and evaluated from a performance, energy efficiency and economic perspective. The purpose of this concept study was to present a solution which through further development can be suggested as an addonoption for customers with smaller tractors. This thesis contains a theorysection where mobile hydraulic systems, tractor’s and the above-named seed machine and planter are treated. The concepts are based on the theory and a method for generating and creating concepts is described. All concepts are studied in the simulation software Hopsan. Reference systems based on the current design of the planters were modelled in Hopsan together with disturbances. The models were validated through different experimental tests and were later used to evaluate the concepts. Through the concept study eleven different concepts had to undergo the tests in order to see how they deal with disturbances and how well they can achieve the goals. The ability to obtain a predetermined rotational speed for the fan and to do it with high efficiency at a low cost was considered as essential performance for this project. The concepts with closed-loop control proved to be the best from a performance perspective. Systems with pumps with variable displacement had the highest efficiency and the concepts with fixed displacement pumps are the most inexpensive alternatives. As a result of a display of variation of performance in different areas a model where the customers themselves can choose which parameters are important was made. The model, together with the input from the customers, can then present the concept which is the most suitable for the task. / Detta är ett examensarbete på masternivå vid Linköpings universitet med inriktning mot mobila hydraulsystem. Arbetet utfördes i samarbete med Väderstad AB med utgångspunkten att försöka göra det lättare för traktorer med liten installerad hydrauleffekt att driva större och mer krävande såmaskiner. Väderstads såmaskin Spirit och precisionssåmaskin Tempo studerades med fokus på gödningsfläkt och tillhörande omrörningsskruvar. Maskinerna kopplas baktill på en traktor och drivs hydrauliskt av traktorns inbyggda hydraulpump. Arbetet behandlar en konceptstudie för att utöka traktorns hydrauliska kapacitet genom att installera ett externt pumpsystem som drivs av traktorns kraftuttagsaxel. Målet var att presentera olika konceptlösningar på det externa pumpsystemet för att sedan jämföra och utvärdera dem för att komma fram till det alternativ som står sig bäst ur ett prestandamässigt, energieffektivt och ekonomiskt perspektiv. Syftet var att de framtagna koncepten ska kunna vidareutvecklas till förslag som tillval till kunder vid inköp av ovan nämnda såmaskiner. Arbetet innefattar en förstudie där teori om såmaskiner och traktorer behandlas, en konceptgenereringsfas och simuleringar i simuleringsverktyget Hopsan. Referensmodeller för såmaskinerna modellerades tillsammans med olika störningar. Modellerna validerades genom tester och användes för att utvärdera de framtagna koncepten. Totalt genererades elva koncept som fick genomgå tester för att se vilka som hanterar störningar bäst och uppnår förutbestämda mål. Konceptens förmåga att hålla ett bestämt varvtal, hålla ner kostnaden och samtidigt ha en god verkningsgrad är parametrarna som ansågs vara väsentliga i detta projekt. De koncept med återkopplade system visade sig ha bäst prestanda och hade lättast att hålla det bestämda varvtalet. System med pumpar med variabelt deplacement hade den högsta verkningsgraden och de enklare koncepten med pumpar med konstant deplacement är de mest kostnadseffektiva alternativen. I och med att de elva koncepten uppvisade varierande prestanda för olika förutsättningar konstruerades en viktningsmodell där kunden själv får gradera hur viktiga hen tycker egenskaperna är och således erhålla den konceptlösning som lämpar sig bäst för uppgiften.

<p>HLSC (Haldex Limited Slip Coupling) är en koppling för fyrhjulsdrift i personbilar, och för-finas ständigt för att ge en bättre funktion och körupplevelse. Kopplingen använder ett hyd-raultryck för att skapa momentöverföring mellan fram- och bakaxel, och därför är en förståel-se för vad som påverkar detta tryck viktigt för utvecklingen. Skapandet av en simuleringsmo-dell av hela hydrauliken i kopplingen är ett sätt att förbättra denna förståelse. </p><p>I detta arbete har HOPSAN använts för att simulera hydrauliken i HLSC och även den meka-nik som påverkar hydrauliken. Fokus i arbetet har lagts på noggrannhet, numerisk stabilitet och prestanda. En manual för användning av modellen har skapats i HTML-format. </p><p>Simuleringarna har resulterat i en bra förståelse för vad som påverkar trycket i kopplingen, och utseendet på tryckkurvorna kan främst härröras till öppning av backventiler, töjning av kopplingshuset och rörelser hos kolvringarna. Reglerventilen är i och med sin stora öppnings-areagradient känslig för störningar, och strömningskrafter får stor inverkan på ventilläget. Al-ternativa kamprofiler för varvtalsskillnadspumpen har provats i simulering, och dessa har vi-sat sig ge mindre men snabbare tryckvariationer. Tröghet i ackumulatorn kan öka tryckvaria-tionerna vid höga varvtalsskillnader.</p>

Möjligheter att reducera vikten på en hydraulmotor, som tillverkas på Parker Hannifin AB i Trollhättan, har studerats. Målet med arbetet var att ge förslag på hur motorn kan göras lättare för att nå det framtida målet att erbjuda kunder en lättviktsmotor (LWM) lämpad som fläktmotor. För att identifiera komponenterna och deras vikter vägdes alla delar var för sig. Värdena visade att trumhus, lagerhus, axel och lagerpaket stod för ca 75 % av motorns totala vikt. Arbetet koncentrerades därför på att reducera vikten på dessa delar. Flera koncept togs fram med lägre vikt och bibehållen prestanda. Vissa delar kontrollerades mot hållfasthet med handberäkningar och FEM-analyser. Enligt beräkningarna finns möjlighet att reducera vikten med 45 %. Om hydraulmotorn konstrueras enligt koncepten, bör det framtida målet kunna nås, till-verkning av en lättviktsmotor som är betydligt lättare än dagens hydraulmotor. / The weight reducing possibilities for a hydraulic motor, produced by Parker Hannifin AB in Trollhättan, have been investigated. The goal was to provide suggestions for weight optimization to offer customers a light weight motor (LWM) that is well suited as a fan motor. The mass of each part was determined and their functions were identified. The result showed that the housings, shaft and bearings represented 75% of the motor’s total mass. The work was thus concentrated to these parts. Multiple suggestions were generated where weight and performance were taken into consideration. Some parts were analyzed with the aid of FEA-software and hand calculations. The result indicates that a weight reduction of 45% is possible. If the hydraulic motor is redesigned according to the concepts, the goal of a light weight motor can be achieved.

HLSC (Haldex Limited Slip Coupling) är en koppling för fyrhjulsdrift i personbilar, och för-finas ständigt för att ge en bättre funktion och körupplevelse. Kopplingen använder ett hyd-raultryck för att skapa momentöverföring mellan fram- och bakaxel, och därför är en förståel-se för vad som påverkar detta tryck viktigt för utvecklingen. Skapandet av en simuleringsmo-dell av hela hydrauliken i kopplingen är ett sätt att förbättra denna förståelse. I detta arbete har HOPSAN använts för att simulera hydrauliken i HLSC och även den meka-nik som påverkar hydrauliken. Fokus i arbetet har lagts på noggrannhet, numerisk stabilitet och prestanda. En manual för användning av modellen har skapats i HTML-format. Simuleringarna har resulterat i en bra förståelse för vad som påverkar trycket i kopplingen, och utseendet på tryckkurvorna kan främst härröras till öppning av backventiler, töjning av kopplingshuset och rörelser hos kolvringarna. Reglerventilen är i och med sin stora öppnings-areagradient känslig för störningar, och strömningskrafter får stor inverkan på ventilläget. Al-ternativa kamprofiler för varvtalsskillnadspumpen har provats i simulering, och dessa har vi-sat sig ge mindre men snabbare tryckvariationer. Tröghet i ackumulatorn kan öka tryckvaria-tionerna vid höga varvtalsskillnader.

Mit dem Begriff "Schachtüberfall" wird eine Hochwasserentlastungsanlage bezeichnet, bei der Überschußwasser von einem horizontalen, im Grundriß meist kreisförmigen Überfall in einen senkrechten oder schrägen Schacht geleitet und durch einen Stollen mit geringem Gefälle ins Unterwasser abgeführt wird. Der Fallschacht hat in der Regel Kreisquerschnitt und ist durch einen 90°-Krümmer mit dem Ablaufstollen verbunden. Schachtüberfälle werden in zunehmenden Maße zur Hochwasserentlastung bei Erd- und Steindämmen verwendet. Sie werden getrennt vom Dammbauwerk im Hang oder als freistehende Türme im Becken errichtet. (...)