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Spaunungs-und Druckregelungsapparat für Schachtbohranlagen u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schachtbohranlage und insbesondere auf eine solche, bei welcher ein sich drehender und an einem Kabel hängender Bohrer verwendet wird. Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, die Spannung des das Bohrgestänge tragenden Seiles im wesentlichen konstant zu halten.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Seilwinde durch Änderungen des Druckes zwischen dem Bohrerende und der Schaehtsohle selbsttätig gesteuert wird. Die Steuerung der Seilwinde erfolgt vorzugsweise durch eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, welche durch die Reaktion-
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Ausführungsbeispieles beschrieben.
In diesen Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Ansicht der Sehachtbohranlage, bei welcher die besonderen Anordnungen] gemäss der Erfindung eingebaut sind. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die besondere Steuervorrichtung gemäss der Erfindung mit dem elektrischen Schaltbild. Fig. 3 ist eine Teilansicht einer besonderen Ausführungsform, welche in den mittleren Teil der Fig. 2 eingebaut werden kann, wobei jedoch an Stelle eines Druckmittels eine Schraubenfeder Verwendung findet, die bezüglich ihrer Spannung eingestellt werden kann, um die Drücke festzulegen, bei welchen sich die elektrischen Kontakte berühren sollen, zwecks Steuerung des in der Drehrichtung umkehrbare Motors. Fig. 4 ist die Draufsicht auf die Kupplung für die Hauptantriebswelle.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist mit 11 eine unterhalb eines Bohrturmes 12 befindliche Grundplatte bezeichnet. Die Riemenscheibenwelle 1. 3 dient zum Antrieb eines Hilfsrades 14 unter Vermittlung einer Kette 15, welche über die Kettenräder 16 und 17 läuft. Die Verbindung zwischen der Welle 13 und dem Kettenrad 16 wird durch eine Klauenkupplung gebildet, die ihrerseits durch einen Kupplunghebel 18 ein-und ausgerückt werden kann, um beispielsweise den Antrieb der Welle 13 zu unterbrechen.
Eine Flasche 19 hängt unterhalb eines sogenannten Kronenblockes, u. zw. an einem Seil 20. Die Flasche 19 kann unter Vermittlung des üblichen Wirbelhakens (nicht dargestellt) angehoben und gesenkt werden.
Ein drehbares Bohrgestänge 21 hängt an der Flasche 19 und befindet sich am unteren Ende der Bohrer 22.
Das eine Ende des Seiles 20 ist auf eine Hilfstrommel 23 aufgewickelt und an der Trommel befestigt. Das andere Ende des Seiles ist in der ähnlichen Weise auf eine besondere Trommel 24 aufgewickelt und ebenfalls an dieser befestigt. Die Trommel 24 kann in bekannter Weise mit verschiedenen Geschwindigkeiten gegenüber der Hilfsseiltrommel 23 gedreht werden. Es sind verschiedene Teile in der Zeichnung veranschaulicht, welche keine besonderen Bezugszeiehen tragen und die im allgemeinen bei Schachtbohranlagen bekannt sind. Ein Martin-Loomis Gewichtsanzeiger ist mit 25 bezeichnet und so eingebaut, um eine bestimmte Ablenkung in einer Länge des Seiles 20 zu erzeugen, so dass der sich ergebende Druck durch einen Druckmesser 26 angezeigt wird, der an einer geeigneten Stelle im Gesichtsfeld des Maschinisten angebracht ist.
Ein in der Drehrichtung umkehrbarer Elektromotor 27 lagert auf einer Grundplatte 28, die in der Längsrichtung verschiebbar ist. u. zw. auf den Schienen 29 unter Verwendung einer Spindel 30. Auf der Grundplatte befindet sieh ferner eine elektromagnetisch gesteuerte Bremse 31 und ein besonderes Getriebe 32, welches weiter unten näher beschrieben wird.
Ein Hilfslagerblock 33 ist auf der Plattform 11 vorgesehen bzw. auf der in der Längsrichtung verschiebbaren Grundplatte 28 befestigt. In diesem Lager ruht nicht nur eine hohle Schneckenwelle 34, sondern auch eine getriebene Welle 39. die, wie dargestellt, rechtwinklig zu der zuerst genannten Welle
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verschiebbaren Kupplungselementes 4-3 durch einen Kupplungshebel 45 (Fig. l), welcher durch eine Stange oder einen Lenker 46 mit dem obenbeschriebenen Kupplungshebel. M verbunden ist, sowohl die Kupplung für die Welle 3 in Tätigkeit gesetzt wird als auch die Kupplung für die Welle 39.
Es ist ferner ersichtlich, dass eine der obengenannten Kupplungen gewöhnlich ausgeschaltet ist, wenn die andere eingeschaltet ist, und so die Kette 15 wechselweise von der Welle 13 oder von der Welle 39 angetrieben werden kann. Dem Motor 27 kann der Strom wahlweise unmittelbar von einer geeigneten Stromquelle 47
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eine Umkehrung in der Drehrichtung des Motors 27 zu veranlassen.
Es ist besonders vorteilhaft, gemäss der Erfindung selbsttätig arbeitende Mittel einzubauen abhängig von einem in der Längsrichtung wirkenden Druck innerhalb und übertragen durch die Schnecken- welle 34, um ein selbsttätiges Öffnen und Schliessen der verschiedenen Stromkreise 50'und 51'zu veranlassen.
Diese Stromkreise sind mit Relaissehaltern 58 und 58/versehen, welche in der normalen Lage durch Schwerkraft oder auch durch Federn 59 und 60 offengehalten werden. Zur Steuerung selbst wird die Wirkung benutzt, welche zwischen Schnecke und Schneckenrad auftritt, nämlich die Tatsache, dass wohl die Schnecke das Schneckenrad drehen kann, eine Drehung der Schnecke durch das Schneckenrad aber
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eine nicht zusammendrüekbare Flüssigkeit befindet. Der die Flüssigkeit enthaltende Raum wird ferner begrenzt durch eine nachgiebige Membrane 54, welche durch einen Ring 55 gehalten wird und unter Verwendung eines sogenannten Fingers 56 bewegt werden kann. Zwischen diesem Finger und dem den Druck übertragenden Ende 57 der Sehneekenwelle. 34 ist ein geeignetes Spurzapfenlager vorgesehen.
Um irgendeine Verkleinerung des Inhaltes der Kammer 53 zu benutzen, u. zw. zum Öffnen und Schliessen der Nebenschlussstromkreise 50'und 51', wird ein besonderer Hilfsstromkreis vorgesehen, der aus den Leitungen 61 (t und 61 b besteht, in denen Spulen 62a und 62b sowie ortsfeste Kontakte 63a und 6. 3b liegen. Zwischen den zuletzt genannten Kontakten befindet sich ein beweglicher Kontakt 64, der von einer in der Längsrichtung beweglichen Stange 65 getragen wird. Die Enden dieser Stange sind mit
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obenbesehriebene Membrane 54.
Eine Kammer 68, deren eine Wandung durch eine Membrane 66 gebildet wird, ist mit der Kammer 5 : 3 durch ein Rohr 69 od. dgl. verbunden. Eine Kammer 70, deren eine Wandung durch die gegenüberliegende Membrane 66'gebildet wird, steht unter Einfluss des Druckes eines unelastischen Strömungsmittels. welches durch ein Rohr 71 der Kammer zugeleitet wird. Es können in der Nähe oder auch in einer gewissen Entfernung von der Einrichtung Vorrichtungen angeordnet werden, um einen bestimmten Gegendruck innerhalb der Kammer 70 aufrechtzuerhalten.
Es ist auf diese Weise möglich, die durch das Seil 20 ausgeübte erforderliche Spannung festzulegen, u. zw. durch die Reaktion, welche durch die in der Längsrichtung verschiebbare Schneckenwelle 34 übertragen wird, um den Stromkreis 61 zu schliessen, wodurch
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einstellt.
Um in leichter und einfacher Weise den Gegendruck innerhalb der Kammer 70 durch Fernsteuerung einzustellen, beispielsweise vom Masehinistenstand aus, ist ein Rohr 71 vorgesehen (Fig. 1). welches unterhalb der Grundplatte 11 entlang läuft und mit einem Zylinder 72 verbunden ist, in welchem sich ein Sehraubenkolben 73 befindet, der von Hand aus durch einen Hebel 74 bewegt werden kann. Ausserdem besitzt die Vorrichtung einen Füllhahn 75 od. dgl. Um ein in der Elastizität regelbares Element einzuschalten, welches bestrebt ist, einen bestimmten Druck der Schneckenwelle 34 in ihrer einen Stellung aufrechtzuerhalten, wird in das Rohr 71 ein kleiner Luftkessel 76 eingeschaltet, der mit einem Hahn 77 versehen ist, um entweder Luft oder ein anderes Strömungsmittel einzuführen oder herauszulassen.
Um von hydraulisch wirkenden Mitteln unabhängig zu sein, ist eine weitere Ausführungsform der beschriebenen besonderen Vorrichtung in der Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Konstruktion ist die Sehneekenwelle 34'in der Längsrichtung verschiebbar auf einer besonderen Welle 37'angeordnet und mit einem am Ende bei 57'sitzenden Drueklager versehen. Der Druck wird auf die Welle durch eine verschiebbares Element 65'zugeführt, welches mit einem Druckring 78 versehen ist, der unter Beeinflussung einer Druekfeder 79 steht, welche sich zwischen dem Ring und einem mit Gewinde versehenen Anschlagelement 80 befindet. Diese Ringe können innerhalb eines ebenfalls mit Gewinde versehenen Lagers 81 eingestellt werden, u. zw. von Hand aus durch einen Schlüssel oder einen Hebel 82.
Das verschiebbare Element 65'kann mit einem unmittelbar beweglichen Kontaktelement 64'versehen sein, oder das Kontakt-
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Relaisstromkreise 50' und 51' mit Schaltern 50a und 51a versehen, die mechanisch oder auf andere Weise mit den Schaltern 48 und 49 unter Verwendung von Stangen 86 und 87 verbunden sind. Auf diese Weise
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jedoch die automatische Wirkung verlangt wird, ist die Einstellung so, dass die Schalter 50a und 51a geschlossen sind.
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erfolgen, welche im allgemeinen mit einer Einstellschraube versehen ist. Um nun das in der üblichen Weise verwendete Instrument 26 zu ergänzen, wird mit der obenbeschriebenen Öffnung unter Verwendung einer Rohrleitung 97 ein Druckanzeigeinstrument 26' verwendet.
Es kann dann sowohl der Flüssigkeitsdruck von dem einen Instrument als auch die Seilspannung von dem andern Instrument abgelesen werden, und es ist unter Umständen nur notwendig, ein einziges Instrument zu benutzen. Es können ferner den Hub vergrössernde und die Kontakte in bestimmten Zwischenräumen haltende Ein-
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zur Verwendung kommenden hydraulischen Einrichtungen oder auch den Steuereinrichtungen, die auf Druck ansprechen. Diese besonderen Mittel dienen dazu. um die Kontakte sojange voneinander getrennt zu halten, als die Gegendrücke einander gleich sind.
Wenn zum Antrieb ein Elektromotor 27 verwendet wird. ist es wesentlich, dass dieser Motor genau und zur richtigen Zeit zum Stillstand kommt. Zu diesem Zwecke wird eine Bremse. 31 benutzt, die durch Federn zur Wirkung kommt und die auf magnetischem Wege gelöst wird. u. zw. dann, sobald die Motorstromkreise 50 und 51 unterbrochen werden. Das nicht umkehrbare Übertragungsverhältnis zwischen der Schnecke'34 und dem Schneckenrad 40. obgleich es zwar die Lage der Schnecke 34 in der Längsrichtung abhängig von dem durch das Seil 20 ausgeübten Zug macht, kann im allgemeinen dazu dienen, um die Hauptbelastung vollkommen von der Bremse 31 fernzuhalten.
Die Bremse, die an sieh nicht als neu beansprucht wird, ist so gebaut, dass sie elektromagnetisch gelost wird. sobald einer der Stromkreise 50
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Beim Betrieb der gemäss der Erfindung nach der Fig. l veranschaulichten Anlage wird die Kupplung der Welle 1-3 freigegeben, um das Seil abrollen zu lassen, so dass das Bohrergestänge 24 in eine Lage gesenkt wird, wo der Bohrer 22 sich in seiner Arbeitsstellung befindet. Sobald das Bohrwerkzeug in die gewünschte Lage gesenkt worden ist, kann eine Einstellung des auf das Bohrwerkzeug kommenden Gewichtes und des das Bohrwerkzeug beanspruchenden Druckes vorgenommen werden. Dieser Zustand kann genau bestimmt werden durch den Martin-Loomis Druckmesser 23, der die Anzeigevorrichtung 26 in Tätigkeit setzt, um die Spannung, welche das Seil 20 hat, zu'zeigen.
Es ist auf diese Weise möglich, die jeweilige Belastung des Bohrwerkzeuges 22 festzustellen. Nachdem die Anfangseinstellung des Seiles und des Bohrgestänges durch Drehung der Hilfstrommel 23 vorgenommen worden ist, wird die Kupplung der Welle 13 zeitweilig durch den Kupplungshebel 18 unterbrochen und die Bewegungen des Kupplungs- hebels 18 werden nun durch die Verbindungsstange 46 zur Wirkung kommen, um den Kupplungshebel45 zu betätigen, durch den die Klauenkupplungselemente 42 und 4. 3 so zueinander verstellt werden, dass sie miteinander in Eingriff kommen. Auf diese Weise wird das Kettenrad 41 kraftschlüssig mit der Welle 39 verbunden, so dass die Kette 4J und das Kettenrad 41 mit dem Sehneckenrad 40 und der Schnecke. 34' gekuppelt sind.
Beim fortschreitenden Bohrvorgang erzeugt der Zug des Bohrgestänges eine aussergewöhnlich hohe Spannung, die sieh auf das Seil 20 auswirkt derart, dass durch die Spannung die Hilfsseiltrommel 23 in Richtung des Pfeiles a gedreht wird. Es erfolgt dann eine Bewegung des unteren Teiles des Kettenzuges 15 in Richtung des Pfeiles b, wie es die Fig. 1 zeigt. Dadurch, dass der untere Teil des Kettenzuges li in Getriebeverbindung mit dem Kettenrad 41 steht, ist nunmehr dieses Kettenrad bestrebt, sich in
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ihrer Welle. 34 in Richtung des Pfeiles d bewegt, wie es aus der Fig. 2 hervorgeht.
Die Längsbewegung der Welle 34 durch die Gleitlager 35 und 36 hindurch verursacht, dass die Welle einen Axialdruck auf den Finger 56 der Membrane J4 ausübt derart, dass das in der Kammer 53 enthaltene nicht zusammendrückbare Strömungsmedium nunmehr durch das Rohr 69 in die Druckkammer 68 der Vorrichtung gedrückt wird, wie es die Fig. 2 der Zeichnungen veranschaulicht.
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durch die Spule des Relaisschalters 62 a und durch die Leitung 89 zur Erde.
Es ist verständlich. dass während der Zeit des automatischen Arbeitens der Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung die Schalter 50a und 51a geschlossen werden. Das Schaltglied des Relais 62a wird den Stromkreis von einer elektrischen Stromquelle 41 aus schliessen, u. zw. über einen Leiter 50',
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des Motors, durch welche sich der Motor in einer Richtung dreht, um das Kettenrad 41 so anzutreiben, dass der untere Teil der Kette sieh in Richtung des Pfeiles b bewegt, wodurch das Bohrwerkzeug ge- senkt wird.
Der Stromkreis von dem Motor aus wird vervollständigt durch die Anschlussklemme 91, den
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Die Motorwelle 3S wird angetrieben, um die Schneckenwelle. 34 zu drehen und auf diese Weise durch die Schnecke 34' das Schneckenrad 40 anzutreiben. Dadurch erfolgt wieder eine Drehung des
Kettenrades 41 in Richtung des Pfeiles c, wodurch die Bewegung des unteren Teiles der Kette 50 in Richtung des Pfeiles b so lange beschleunigt wird, bis die Hilfsseiltrommel 23 genug Seillänge ausgegeben hat, um das Bohrwerkzeug bis zu einer Stellung zu senken, wo es mit einer vorher bestimmten Druckbeanspruchung belastet ist. Zu gleicher Zeit wird die Axialschubwirkung auf die Schneckenwelle 34 aufgehoben. Dadurch lässt der Druck innerhalb der Kammer 53 nach und wirkt so gegen die Membrane 67'. dass der Kontakt 64 wieder in seine nicht leitende Mittelstellung kommt.
Es ist verständlich, dass der Druck bzw. Zug des Bohrwerkzeuges, der erforderlich ist, um die Axialdruekwirkung auf die Welle 34 aufzuheben, durch die Einstellung des Kolbens innerhalb des Zylinders 72 genau festgelegt und bestimmt werden kann, u. zw. durch entsprechende Einstellung des Druckes innerhalb der Kammer 70, die mit dem Zylinder 72 durch ein Rohr 71 in Verbindung steht. Auf diese Weise werden die sich das Gleichgewicht haltenden Drücke in den verschiedenen Teilen der Anlage festgelegt derart, dass sich die Vorrichtung so einstellt, dass der jeweilig vorteilhafteste Bohrerdruek entsprechend der jeweiligen Erdformation, durch die der Bohrer dringen muss, erhalten wird.
Sobald der Maschinist der Anlage feststellt, dass an der Bohrerspitze für die auftretenden Bohrverhältnisse ein Gewiehtsübersehuss vorhanden ist, stellt er den Apparat so ein, dass der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 70 erhöht wird. Auf diese Weise wird die Membrane 54 nach aussen gedrückt und nimmt den Druck, der in der Kammer 53 und in der Kammer 68 herrscht, auf, so dass das Kontaktglied 64 durch den gegen die
Membrane 67'wirkenden Druck bewegt wird und der Kontaktfinger 64 in Berührung mit dem Kontakt 63b tritt.
Bei diesem Vorgang beginnt der Motor 27 sieh sofort in der umgekehrten Richtung zu drehen, und der Stromweg ist folgender : Der Finger 64 ist in Berührung mit dem Kontaktglied 63b, so dass ein Stromkreis von der Strom- quelle 88 geschlossen wird, u. zw. über die Leitung 61, durch die Kontakte 64und 63b, über einen Draht 61b durch eine Spule z des Relaisschalters 58'. Der Stromkreis wird vervollständigt durch eine Erd-
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bremse 31 zurück zur Stromquelle.
Bei diesem Vorgang wird der Motor in der umgekehrten Richtung angetrieben und auch das Rad 41 in der entgegengesetzten Richtung des Pfeiles e der Fig. 2 gedreht, um nun den unteren Teil der
Kette 15 in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil b der Fig. 1 zu bewegen. Dadurch wird die Hilfsseiltrommel gedreht, und das Seil 20 wird auf die Trommel aufgewickelt. Dieses Aufwickeln erfolgt so lange, wie die Spannung in der Kette 15 eine Axialsehubwirkung auf die Sehneekenwelle 34 ausübt, die so gross ist, dass die Flüssigkeit innerhalb der Kammer 53 einen Druck auf die Membrane 67 ausübt, um den Kontaktfinger 64 ausser Berührung mit dem Kontah. "t 63b zu bringen. In diesem Augenblick wird der Motor abgeschaltet.
Die Magnetbremse 31 verkörpert eine Einrichtung, die normal so eingestellt ist, dass der Strom durch den Leiter 51 und durch eine in der Bremse befindliche Magnetspule fliessen kann. wodurch die Bremse gelöst ist, solange als der Motorstromkreis geschlossen ist. Sobald jedoch der 1\Iotorstromkreis unterbrochen wird, wird die Bremse selbsttätig sofort anziehen und über die Schnecke 34 und das Schneckenrad 41 so auf die Bewegung der Kette 15 einwirken, dass die Kette augenblicklich stillsteht.
Es wird auf diese Weise ein Schlüpfen der Antriebsvorrichtung für das Seil verhindert. Die Bremse hält auf diese Weise die Welle 37 und die Schneckenwelle 34 gegen Drehung fest, bis ein genügender axialer
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sich in einer Drehrichtung bewegen kann.
. Eine nachgiebige Kupplung 9. ? befindet sieh zwischen der Welle 38 und der Welle 37, um eine gewisse Längsbewegung der Welle mit Bezug zueinander zu gewährleisten.
Sobald der Machinist der Anlage die Handsteuerung wählt, ist es nur notwendig, die Schalter 48 und 49 zu bedienen. Die sich ergebende Steuerung ist in beiden Fällen bedeutend empfindlicher, als es bisher der Fall war. Die Steuerung ist unabhängig vom Drehmoment, d. h. in der Hauptsache von der Reibung des Bohrers zu dem Bohrloch, und ist es nicht unwesentlich, dass die Einrichtung gemäss der Erfindung in leichter und einfacher Weise in bestehende Anlagen eingebaut werden kann und dann entweder in der üblichen Weise oder auch unter Verwendung der obenbeschriebenen neuen Einrichtung betrieben werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Spannungs- und Druckregelungsapparat für Schachtbohranlagen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde entsprechend den Änderungen des Druckes zwischen dem Bohrerende und der Schaehtsohle selbsttätig gesteuert wird. um die Spannung des das Bohrgestänge tragenden Seiles im wesentlichen konstant zu halten.