<Desc/Clms Page number 1>
Drehend wirkender Bohrkopf zum Tiefbohren mit hydraulisch auseinanderspreizbaren Schneiden
Die Erfindung betrifft einen drehend wirkenden Bohrkopf zum Tiefbohren mit hydraulisch auseinander- spreizbaren Schneiden, einem Führungskörper und einem in diesem verschiebbaren, jedoch nicht dreh- baren Tragkörper für Tragglieder der Schneidwerkzeuge.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf zu schaffen, der eine einfache und widerstandsfähige Konstruktion und eine sichere Wirkung sowie eine geringe Baulänge aufweist und sich in wirtschaftlicher Weise herstellen lässt. Wesentlich hiefür sind die richtige Wirkungsweise und eine lange Lebensdauer des Führungskörpers und des Tragkörpers, die zum grossen Teil von der Ausführung der
Gleitverbindung zwischen diesen Teilen abhängen.
Die Erfindung bezweckt, eine verbesserte Gleitverbindung zwischen dem Führungskörper und dem
Tragkörper des spreizbaren Bohrkopfes zu schaffen, die verhältnismässig einfach und in wirtschaftlicher
Weise herstellbar ist, die gewünschten Toleranzen oder das gewünschte Spiel zwischen den zusammen- wirkenden Teilen aufweist und die Aufrechterhaltung der koaxialen Stellung und eine leichte Gleitbewegung zwischen dem Führungskörper und dem Tragkörper sichert, ferner die Abnutzung der hydraulisch betätigten Teile des Bohrkopfes vermindert und die Lebensdauer der darin enthaltenen Dichtungen verlängert und ein verhältnismässig leichtes Hindurchtreten von Flüssigkeit, Sand u. dgl. an der Gleitverbindung gestattet.
Die Erfindung bezweckt ferner zu ermöglichen, die Schneidwerkzeuge aus ihrer gespreizten Stellung durch den Führungskörper zurückzuziehen und während des Heraufholens des Bohrkopfes aus dem Bohrloch in ihrer zurückgezogenen Stellung zu halten.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass zwischen Führungskörper und Tragkörper, die als Kolben und Zylinder wirken, ein ringförmiger Raum freigelassen ist, der mit einer zentralen Bohrung des Bohrgestänges in Verbindung steht, wobei mit dem Führungskörper ein Spreizkopf verbunden ist, der bei einer Verschiebung des Tragkörpers gegenüber dem Führungskörper gegen die die Schneidwerkzeuge haltenden Tragglieder im Sinne einer Spreizung einwirkt.
Bekannte spreizbare Bohrköpfe haben Tragglieder für die Schneidwerkzeuge, die schwenkbar an dem Tragkörper befestigt und mittels eines Spreizkopfes betätigt werden. Der Hebelarm, mit dem der Spreizkopf auf die Tragglieder einwirkt, ist aber verhältnismässig klein, so dass die Kraft, mit der die Schneidwerkzeuge gegen die Wand des Bohrloches gedrückt werden, ebenfalls verhältnismässig gering ist. Der Hebelarm vergrössert sich im Verlaufe der Spreizung und mit ihm wird die Kraft erhöht. Dies ist nicht vorteilhaft, es ist vielmehr erwünscht, dass die Kraft mit zunehmender Spreizung sich nicht erhöht, jedoch erforderlich, eine ausreichende Spreizkraft dann zu haben, wenn die Schneidwerkzeuge beginnen, sich in die Wand des Bohrloches einzugraben, insbesondere, wenn in harten Erdschichten gearbeitet wird.
Um diese Anfangskraft zu erhalten, wurde bei bekannten Bohrköpfen der Punkt des anfänglichen Eingreifens zwischen dem Spreizkopf und dem Tragglied für das Schneidwerkzeug in verhältnismässig grossem Abstand von dem Schwenkpunkt des Traggliedes angeordnet. Diese Anordnung bedingt aber eine erhöhte Baulänge der Tragglieder, wodurch sich die Gesamtbaulänge des Bohrkopfes und seine Herstellungskosten erhöhen.
Trotzdem steigt die Spreizkraft mit der Spreizung an, da der Hebelarm der auf das Tragglied ausgeübten Kraft und der Keilwinkel zwischen Spreizkopf und Tragglied mit zunehmender Spreizung zunimmt.
Erfindungsgemäss ist daher vorgesehen, dass die Tragglieder gekrümmte Spreizflächen aufweisen, wobei eine im Berührungspunkt des Spreizkopfes an die Spreizfläche gelegte Tangente mit zunehmender
<Desc/Clms Page number 2>
Spreizung einen immer kleiner werdenden Winkel mit einer normal zur Längsachse des Bohrkopfes ge- legten Ebene bildet. Dadurch kann eine ausreichende Anfangsspreizkraft auf die Tragglieder in verhältnis- mässig grosser Nähe ihrer Anlenkungspunkte ausgeübt werden, wodurch die Baulänge der Tragglieder und damit des Bohrkopfes wesentlich herabgesetzt wird.
Auch nimmt die auswärtsgerichtete Spreizkraft ab, je weiter sich der Berührungspunkt zwischen Spreizkopf und Tragglied vom Anlenkungspunkt des letzteren entfernt, wodurch die Vergrösserung des Hebelarmes kompensiert und ein zu starkes Anwachsen der An- presskraft der Schneidwerkzeuge gegen die Wand des Bohrloches verhindert wird. Die auswärtsgerichtete
Kraft, die die Schneidwerkzeuge bei der Spreizung der Schneidwerkzeuge auf die Wand des Bohrloches ausüben, kann auch im wesentlichen konstant gehalten werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Dar- stellung in der Zeichnung beispielsweise beschrieben, woraus sich weitere Merkmale und Vorzüge des
Erfindungsgegenstandes ergeben. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen in das Bohrloch herabgesenkten Bohrkopf, dessen Schneid- werkzeuge sich in zurückgezogener Stellung befinden, Fig. 2 den gleichen Bohrkopf mit voll gespreizten
Schneidwerkzeugen, Fig. 3 eine vergrösserte Teildarstellung mit zurückgezogenen Schneidwerkzeugen,
Fig. 4 die gleiche Teildarstellung mit gespreizten Schneidwerkzeugen und Fig. 5 einen vergrösserten
Querschnitt nach dem Schnitte 5 - 5 der Fig. 1.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist ein spreizbarer Bohrkopf A für drehendes Bohren am Ende eines Bohrgestänges B befestigt, das sich bis zum oberen Ende des Bohrloches C erstreckt und mittels dessen der Bohrkopf in einem Futterrohrstrang D herabgelassen wird.
Der obere Teil des Bohrkopfes enthält einen inneren Führungskörper 10 mit einem Gewindeansatz 11, durch den der Bohrkopf mit Hilfe des Zwischenstückes 12 mit dem unteren Ende des Bohrgestänges B verbunden wird. Dieser innere Führungskörper 10 enthält einen oberen Schaftteil 13, der in Gleit- verbindung mit einem äusseren Tragkörper 14 des Bohrkopfes steht. Der äussere Umfang 15 des unteren
Schaftteiles ist nicht kreisförmig, z. B. ist er mit Abflachungen versehen, und kann sich in Längsrichtung innerhalb eines entsprechenden Hohlraumes 16 des Tragkörpers verschieben ; der Schaft 13 kann sich also gegenüber dem Tragkörper 14 in seiner Längsrichtung verschieben, nimmt diesen jedoch bei einer Drehung mit.
Die Längsbewegung des Führungskörpers 10 gegenüber dem Tragkörper 14 ist begrenzt ; seine Abwärtsbewegung wird durch Anschlagen des unteren Endes 17 des Schaftteiles an die einwärtsgerichtete Fläche 18 des Tragkörpers begrenzt, die Aufwärtsbewegung durch Berührung eines äusseren Vorsprunges oder Kolbenteiles 19 des Führungskörpers mit einem oder mehreren Anschlagringen 20, die aufgeschnitten ausgeführt sein können, um sie in eine innere Nut 21 des Tragkörpers einsetzen zu können. Die Anschlagringe springen in einen zylindrischen Raum 22 vor, der sich zwischen dem Schaftteil 13 und dem Tragkörper 14 erstreckt. Die Anschlagflächen 17 und 18 sind kegelstumpfmantelförmig und verengen sich nach unten, um eine Zentrierung des Schaftes 13 innerhalb des Tragkörpers 14 zu erzielen.
An dem Tragkörper 14 ist eine Mehrzahl von spreizbaren Teilen befestigt. Diese enthalten Tragglieder 23 für Schneidwerkzeuge. Die Tragglieder sind schwenkbar an Stiften 25 in Einschnitten 24 des Tragkörpers gelagert. Jedes Tragglied 23 hat einen Fussteil 23a, der in einen schräg nach innen und unten gerichteten Lagerzapfen 26 endet. An jedem Lagerzapfen 26 ist als Schneidwerkzeug ein Rollenschneider 27 mit Hilfe der Kugel- und Rollenlager 28,29 drehbar auf dem Lagerzapfen befestigt. Das Kugellager 29 verriegelt das Schneidwerkzeug 27 gegen Längsbewegung auf dem Lagerzapfen 26 und überträgt axiale und radiale Kräfte, das Rollenlager 28 überträgt in erster Linie Radialkräfte.
Die Tragglieder 23 mit den Schneidwerkzeugen 27 haben die Tendenz, ihre zurückgezogene Stellung einzunehmen, in der sie sich gänzlich innerhalb der Umrisse des Tragkörpers 14 des Bohrkopfes befinden. Die Tragglieder mit den Schneidwerkzeugen werden nach aussen gespreizt, wenn die Seitenwände des Bohrloches C erweitert und die Kante B der Bodenschicht bearbeitet werden soll (Fig. 2). Zum Zwecke der Spreizung hat jedes Tragglied 23 an seinem inneren Teil 31 unterhalb des Zapfens 25 eine geneigte Spreizfläche 30, die schräg nach unten und innen gerichtet ist. Jede Spreizfläche 30 endet in sanftem Übergang in einer Verriegelungsfläche 32 eines Verriegelungsteiles 33 des Traggliedes.
Die Spreizung wird durch eine relative Längsverschiebung des Führungskörpers 10 gegenüber dem Tragkörper 14 erzielt hiebei entsteht eine relative Längsverschiebung zwischen den Traggliedern 23 und einem Rohrteil 34 des Führungskörpers. Der Rohrteil 34 enthält einen unteren, rohrförmigen Ansatz 35, der innerhalb eines Führungsstückes 36 des Tragkörpers 14 gleitet und zwischen den Schlitzen 24 angeordnet ist. Die Führung 36 befindet sich unterhalb der Verriegelungsteile 33 der Tragglieder 23.
Über der Führung 36 und unterhalb der Zapfen 25 ist ein Spreizkopf 38 innerhalb der Aussparungen 37 der Tragglieder angeordnet. Der Spreizkopf hat Aussenflächen 39, die mit den Spreizflächen 30 und den
<Desc/Clms Page number 3>
Verriegelungsflächen 32 in Eingriff kommen. Der Spreiz- und Verriegelungskopf 38 kann aus einem Stück mit dem Rohrteil 34 bestehen, dessen oberes Ende in einer Bohrung 40 des Schaftes 13 angeordnet ist.
Ein vergrösserter Ansatz 41 des Rohrteiles 34 stützt sich auf einer Fläche 42 des Schaftes ab, der Rohrteil wird gegen diese Fläche durch einen aufgeschnittenen Halte- oder Verriegelungsring 43 gedrückt, der in eine Nut 44 der Bohrung 40 des Schaftes eingesetzt ist und eine untere Fläche 45 des rohrförmigen Ansatzes 41 berührt.
Um das Herabfliessen der Bohrflüssigkeit oder einer andern Flüssigkeit durch die Mittelbohrung 47 des Rohrteiles 34 zu erleichtern, hat der letztere einen Ansatz 48, der sich von dem verdickten Teil 41 aus nach oben erstreckt und dessen Bohrung sich oben trichterförmig erweitert und in eine konische Fläche 50 der Bohrung 46 übergeht. Ein unbeabsichtigtes Durchtreten von Flüssigkeit an der Aussenseite des Rohrteiles 34 wird durch Dichtungsringe 51 verhindert, beispielsweise Gummidichtungen, die in eine Rille 52 des Ansatzes 41 eingelegt sind, welcher die Wand der Bohrung 40 berührt.
Wird der Tragkörper 14 gegenüber dem Führungskörper 10 in Längsrichtung nach oben verschoben, so bewegen sich die geneigten Spreizflächen 30 der Tragglieder 23 gegenüber dem Spreiz- und Verriegelungskopf 38 des Rohrteiles nach oben. Bei dieser Aufwärtsbewegung werden die Tragglieder 23 mit den Schneidwerkzeugen 27 um'die Zapfen 25 verschwenkt und nach aussen gedrückt. Die Aufwärtsbewegung des Tragkörpers 14 gegenüber dem rohrförmigen Führungskörper 10 kann fortgesetzt werden, bis die Schneidwerkzeuge 27 voll gespreizt sind und die Anschlagflächen 53 der Tragglieder die Gegenflächen 54 des Tragkörpers zu beiden Seiten der Einschnitte 24 berühren.
Wenn diese Flächen aneinander anliegen, berührt das untere Ende 17 des Schaftteiles des rohrförmigen Führungskörpers 10 die Fläche 18
EMI3.1
den Verriegelungsteilen 33 der Tragglieder 23.
Es ist zu beachten, dass die Flächen 32 der Verriegelungsteile der Tragglieder 23 und die Gegen- flächen 39 des Spreiz- und Verriegelungskopfes 38 im wesentlichen parallel zur Längsachse des Bohrkopfes liegen, wenn die Schneidwerkzeuge voll gespreizt sind (Fig. 2 und 4) ; hiedurch wird verhindert, dass die Gegenkraft der Bodenschichten auf die Schneidwerkzeuge 27 diese nach innen drückt. In der Praxis ist es jedoch meist vorzuziehen, die ineinander eingreifenden Verriegelungsflächen 32 und 39 leicht nach unten gegen die Achse zu zu neigen, um das Abheben des Spreizkopfes 38 von den Traggliedern 23 zu erleichtern.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird die relative Längsverschiebung zwischen dem rohrförmigen Führungsteil 10 und dem Tragkörper 14 auf hydraulischem Wege bewirkt. Der kolbenartige Teil 19 des Schaftes 13 ist innerhalb einer Gegenbohrung 60 des Oberteiles 14a des Tragkörpers 14 angeordnet. Dieser obere Teil 14a bildet einen Zylinder mit der Zylinderwand 61, die sich von einem unteren Absatz 62 bis zu einem oberen Führungsstück 63 erstreckt, dessen Ansatz 64 in das obere Ende des Zylinders eingreift und durch einen aufgeschnittenen Einsatzring 65 herausnehmbar gehalten wird. Der Einsatzring 65 liegt in einem Einschnitt des Zylinderteiles 64 und greift in eine im wesentlichen V-förmige innere Nut 66 des Oberteiles der Zylinderwand 61 ein.
Der Kopf 63 mit dem federnden Ring 65 braucht nur in den Zylinder 14a gedrückt zu werden. Wenn der federnde Ring sich gegenüber der V-förmigen Nut 66 befindet, dehnt er sich aus und springt in die letztere hinein, um den Zylinderkopf 63 lösbar mit dem Zylinder 14a zu verbinden.
Die Umgrenzung des Zylinderraumes 22 wird durch den Kolbenteil 19 des Führungskörpers 13, den Umfang des Führungskörpers oberhalb des Kolbens und den Zylinder 14a bewirkt. Eine Packung oder Dichtung 67 kann in einer Ringnut 68 des Kolbens 19 angeordnet sein. Die Flüssigkeit wird dadurch daran gehindert, zwischen dem Kolben 19 und dem Zylinder 14a nach unten hindurchzutreten. In gleicher Weise wird der Austritt der Flüssigkeit nach oben aus dem ringförmigen Zylinderraum 22 durch eine Packung oder Dichtung 69 verhindert, die mit dem Zylinder 14a verbunden ist und den Umfang des Führungskörpers 13 gleitend berührt. Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht sie z. B. aus einem unteren, die Packung tragenden Ring 70, der auf einem aufgeschnittenen Haltering 20 aufruht, welcher in eine Rille 21 des Zylinders 14a eingesetzt ist.
Eine nichtmetallische Packung 73 ruht auf dem Ring 70 ; ihr oberes Ende berührt einen oberen Gegenring 74, der sich gegen einen aufgeschnittenen Haltering 75 legt, welcher in eine innere Rille 76 des Zylinders 14a eingesetzt ist. Der äussere, obere Teil 75a des Halteringes 75 und die anliegende obere Wand der Nut 76 sind vorzugsweise nach oben und innen geneigt, um es zu ermöglichen, dass der aufgeschnittene Haltering 75 nach innen zusammengedrückt und aus der Nut 76 herausgedrückt wird, wenn auf ihn eine genügend grosse Kraft in Längsrichtung einwirkt. Wie zu ersehen, verhindern der obere und der untere Haltering 75 und 20 eine Längsverschiebung der Packung 69 gegenüber dem Zylinder 14a des Tragkörpers.
Der nichtmetallische Packungsteil 73 der Dichtung 69 berührt die Zylinderwand 61, um einen Flüssigkeitsdurchtritt zu verhindern ; er berührt ferner gleitbar
<Desc/Clms Page number 4>
den Umfang des Schaftteiles 13 des röhrenförmigen Führungskörpers 10.
Die im Bohrgestänge B und im Inneren des röhrenförmigen Führungskörpers 10 befindliche Druck- flüssigkeit kann in den Zylinderraum 22 durch eine oder mehrere seitliche Öffnungen 77 eintreten, welche die Mittelbohrung 46 des Schaftteiles 13 mit dem Zylinderraum verbinden. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Flüssigkeitsdruck dadurch erzielt, dass die Bohrung 47 des
Rohrteiles 34 des Führungskörpers einen im Vergleich zu der Bohrung 46 des Schaftteiles 13 des Führungs- körpers verengten Durchmesser hat.
Wird genügend Bohrflüssigkeit oder andere Flüssigkeit durch die
Bohrung gepumpt, so entsteht infolgedessen ein Staudruck der Flüssigkeit in der Bohrung 46, der sich auf die Flüssigkeit in demZylinderraum 22 fortpflanzt und auf die Packung 69 einwirkt, um den Tragkörper 14 des Bohrkopfes gegenüber dem röhrenförmigen Führungskörper nach oben zu drücken und dadurch die
Spreizung der Tragglieder 23 und der Schneidwerkzeuge 27 bis zum Anschlag zu bewirken.
Wie oben beschrieben, sind der untere Teil 15 des Schaftteiles 13 und der ihn aufnehmende Hohl- raum 16 des Tragkörpers 14 im Querschnitt nicht kreisförmig ausgebildet ; gemäss Fig. 5 wird die Aussen- fläche 15 des unteren Teiles des Schaftes zunächst in zylindrischer Form 80 hergestellt, gegenüberliegende
Teile des unteren Schaftendes werden dann abgeflacht, um gegenüberliegende, ebene Flächen 82 zu erhalten. Der zwischen dem Absatz 62 und der unteren Anschlagfläche 18 des Tragkörpers liegende Hohl- raum 16 wird zunächst ausgedreht, um eine zylindrische Wand 81 zu erhalten ; entsprechende Flächen 83 werden beispielsweise auf gegenüberliegenden Einsätzen 84 von Segmentform gebildet, deren äussere
Kreisflächen 85 der Krümmung der Innenwand 81 des Hohlraumes 16 entsprechen.
Diese Einsätze 84 werden mit dem Tragkörper 14 des Bohrkopfes durch seitliche Löcher 86 hindurch verschweisst (Schweiss- material 87). Die Einsätze 84 erstrecken sich vom unteren Ende der Gegenbohrung 60 bis etwa zum unteren Absatz 18 des Tragkörpers 14.
Durch die beschriebene Gleitverbindung kann sich der Führungskörper 10 gegenüber dem Tragkörper 14 in Längsrichtung verschieben, wird jedoch in koaxialer Stellung gehalten und überträgt seine Drehbewegung auf den Tragkörper des Bohrkopfes. Wenn der Führungskörper 10 sich gegenüber dem Tragkörper 14 beim Auseinanderspreizen der Tragglieder 23 und der Schneidwerkzeuge 27 nach unten verschiebt, greift daher der Spreizkopf 38 des Rohrteiles 34 in die Spreizflächen 30 der Tragglieder 23 ein, da der Führungskörper in koaxialer Stellung gegenüber dem Tragkörper gehalten wird. Nach voller Spreizung der Schneidwerkzeuge greift ferner die untere Schrägfläche 17 des Schaftes 13 in die schräge Gegenfläche 18 des Tragkörpers ein und sucht den Führungskörper 10 gegenüber dem Tragkörper zu zentrieren und in zentrischer Stellung festzuhalten.
Die beschriebene Gleitverbindung ist verhältnismässig einfach und ergibt eine gute Sicherung gegen Kippen des Führungskörpers 10 im Tragkörper 14, wobei jedes wesentliche Spiel zwischen diesen Teilen beseitigt ist. Im wesentlichen alle Seitenkräfte zwischen dem Führungskörper und dem Tragkörper werden durch diese Gleitverbindung übertragen ; die Dichtungsteile 67,69 des Kolbens 19 und des Zylinders 14a werden daher von Seitenkräften befreit, wodurch ein leichtes Gleiten der Dichtungen auf ihren Gegenflächen erzielt und die Abnutzung der dichtenden Teile des hydraulischen Teiles der Vorrichtung auf ein Minimum beschränkt wird.
Wenn der Tragkörper 14 des Bohrkopfes relativ zum Führungskörper nach oben verschoben wird, um die Tragglieder 23 und die Schneidwerkzeuge 27 auseinanderzuspreizen, berührt der Spreizkopf 38 die Spreizflächen 30 in immer grösseren Abständen von den Drehzapfen 25, wodurch der Hebelarm der an den Traggliedern 23 angreifenden, spreizenden Kräfte vergrössert wird. Wenn die Tragglieder 23 nach aussen verschwenkt werden, wird der Winkel der schrägen Spreizflächen 30 mit der Horizontalen grösser bzw. der Winkel mit der Vertikalen kleiner. Die Spreizfläche 30 am inneren Teil eines jeden Traggliedes 23 ist in Form einer konkaven Kurve gekrümmt.
Die Krümmung ist derart gewählt, dass der Spreizkopf 38 die Spreizfläche 30 des Traggliedes 23 in seiner zurückgezogenen Stellung in einem Punkt 90 berührt, in dem eine Tangente 91 verhältnismässig steil verläuft (Fig. 3), oder einen grossen Winkel mit einer normal zur Längsachse des Werkzeuges liegenden Ebene bildet. Die seitliche Spreizkraft auf das Tragglied 23 hängt in diesem Falle vom Tangens des Winkels ab, den die Tangente 91 mit der Senkrechten auf die Längsachse bildet. Bei einer steil verlaufenden Tangente 91 an den Berührungspunkt 90 in der zurückgezogenen Stellung des Traggliedes 23 kann daher eine grosse, nach aussen gerichtete Anfangskraft auf das Tragglied ausgeübt werden, obwohl der Berührungspunkt dann verhältnismässig nahe bei dem Drehzapfen 25 liegt.
Wenn sich der Spreizkopf 38 entlang der Spreizfläche 30 nach unten bewegt, entfernt sich der Berührungspunkt 32 von dem Drehzapfen 25, wodurch der Hebelarm und die Kraft, die die Schneidwerkzeuge 27 auf die Bodenschicht ausüben, vergrössert wird. In dem dargestellten Beispiel wird jedoch die Vergrösserung des Hebelarmes dadurch kompensiert, dass die Spreizfläche derart gekrümmt ist, dass
<Desc/Clms Page number 5>
eine Tangente 93 im Berührungspunkt 92 einen umso kleineren Winkel mit der Senkrechten auf die Längsachse bildet, je weiter der Berührungspunkt sich von dem Drehzapfen 25 entfernt (Fig. 3). Dies hat zur Folge, dass die Kraft jedes schneidwerkzeuges gegen die Bodenschicht im wesentlichen konstant bleibt oder zum mindesten wesentlich langsamer ansteigt als bisher.
Bei entsprechender Wahl der Form der Spreizfläche 30 kann diese Kraft jedoch auch kleiner werden. Die Verringerung des Winkels der im Berührungspunkt angelegten Tangente mit der Horizontalen oder mit einer Ebene normal zur Längsachse des Bohrkopfes erfolgt ungeachtet der Tatsache, dass das Tragglied 23 nach aussen kippt und daher die Tendenz hat, den Winkel der Tangente mit zunehmender Spreizung steiler werden zu lassen. Dies geht aus Fig. 3 hervor, in welcher die Tangente 91 zum Berührungspunkt 90 in der zurückgezogenen Stellung des Traggliedes einen grösseren Winkel mit einer Ebene normal zur Längsachse des Bohrkopfes bildet als die Tangente 93 im Berührungspunkt 92.
Wie bereits erwähnt, geht der untere Teil der gekrümmten Spreizfläche 30 vorzugsweise allmählich in die Verriegelungsfläche 32 des Verriegelungsteiles 33 eines jeden Traggliedes 23 über, wodurch ein sanftes Übertreten des Spreizkopfes 38 von der Spreizfläche 30 des Traggliedes bis zum vollen Eingriff mit der Verriegelungsfläche 32 erreicht wird.
Wenn der spreizbare Bohrkopf A in das Futterrohr D herabgesenkt wird und die Tragglieder 23 mit den Schneidwerkzeugen 27 sich in ihrer anfänglichen, zurückgezogenen Stellung befinden, verhindert die Wand des Futterrohres D eine Spreizung der Schneidwerkzeuge, so dass die Tragglieder 23 lediglich an der Innenwand des Futterrohres entlanggleiten. Ist der Bohrkopf unter den Rand F des Futterrohres
EMI5.1
herabzupumpen. Dieser Flüssigkeitsstrom erzeugt einen Staudruck in der Bohrung 46 des Führungsgliedes, der sich durch die Öffnungen 77 auf den Zylinderraum 22 fortpflanzt. Dieser Druck wirkt auf die Dichtung 69 des Zylinders und drückt den Tragkörper 14, die Tragglieder 23 und die Schneidwerkzeuge 27 gegenüber dem Führungskörper 10 nach oben.
Während dieser Aufwärtsbewegung kommen die oberen Enden der Spreizflächen 30 der Tragglieder 23 mit dem Spreizkopf 38 des Führungskörpers in Eingriff und die Schneidwerkzeuge 27 werden nach aussen gegen die Wand des Bohrloches C gedrückt. Wie erwähnt, bildet in diesem Falle eine Tangente 91 an den Berührungspunkt 90 einen verhältnismässig grossen Winkel mit einer Ebene normal zur Längsachse des Bohrkopfes, wodurch sich eine grosse mechanische Übersetzung der zwischen Spreizkopf 38 und Tragglied wirkenden Kraft ergibt. Das Bohrgestänge B mit dem Bohrkopf A wird nun mit der gewünschten Geschwindigkeit in Drehung versetzt und gleichzeitig wird Flüssigkeit herabgepumpt. Die Schneidwerkzeuge 27 vergrössern daher das Bohrloch, ohne dass das Bohrgestänge in vertikaler Richtung bewegt wird.
Während die Schneidwerkzeuge das Bohrloch vergrössern, bewegt die auf den Tragkörper 14 ausgeübte Kraft den letzteren, die Tragglieder 23 und die Schneidwerkzeuge 27 weiter nach oben, um die Schneidwerkzeuge immer mehr zu spreizen. Während dieser Aufwärtsbewegung wandert der Berührungspunkt 92 zwischen dem Spreizkopf 38 und der Spreizfläche 30 weiter von den Drehzapfen 25 fort und vergrössert dadurch den Hebelarm der zwischen Spreizkopf 38 und Tragglied wirkenden Kraft. Infolge der besonderen Form der Spreizfläche 30 bildet jedoch jetzt eine Tangente 93 zum Berührungspunkt des Spreizkopfes 38 mit der Spreizfläche 30 einen kleineren Winkel mit einer Ebene normal zur Längsachse des Bohrkopfes, wodurch die Übersetzung der zwischen Spreizkopf 38 und Tragglied 23 wirkenden Kraft verringert wird.
Das Endergebnis ist eine im wesentlichen gleichbleibende Kraft der Schneidwerkzeuge 27 gegen die Bodenschichten.
Wenn die Schneidwerkzeuge fortfahren, das Bohrloch zu erweitern, hebt sich der Tragkörper 14 weiter gegenüber dem Führungskörper 10, wodurch die Tragglieder 23 sich gegenüber dem Spreizkopf 38 verschieben. Der Hebelarm der vom Spreizkopf 38 auf die Tragglieder 23 ausgeübten Kraft steigt dabei weiter an. Die Übersetzung der zwischen diesen beiden Teilen übertragenen Kraft nimmt jedoch weiter ab, da die Tangente im Berührungspunkt einen immer kleineren Winkel mit einer Ebene normal zur Längsachse des Bohrkopfes bildet. Am Ende dieser Bewegung haben die Tragglieder und die Schneidwerkzeuge ihre voll gespreizte Stellung erreicht, in der die äusseren Kanten 53 der Tragglieder an die Anschläge 54 anstossen und in der die schräge Konusfläche 18 des Tragkörpers mit der Endfläche 17 des Führungskörpers in Eingriff kommt.
In dieser Stellung legt sich der Verriegelungsteil 33 der Tragglieder 23 gegen den Spreiz- und Verriegelungskopf 38 des Rohrteiles 34, um eine unerwünschte Zurückziehung der Schneidwerkzeuge aus ihrer gespreizten Stellung zu verhindern. Das Bohrgestänge B kann jetzt mit einem Gewicht belastet werden. Diese über den Schaft 13 auf die konische Fläche 18 des Traggliedes übertragene Kraft, die durch die Anschlagfläche 54 direkt auf die Tragglieder 23 und die Schneidwerkzeuge 27 übertragen wird, drückt die letzteren gegen die vorstehende Kante E der Bodenschicht (Fig. 2), um die letztere fortzubohren und das Bohrloch in der gewünschten Länge auf den erforderlichen Durchmesser
<Desc/Clms Page number 6>
zu erweitern.
Während dieser Gewichtsbelastung des Bohrkopfes sichert das Eingreifen der konischen
Schrägfläche 17 am unteren Ende des Führungskörpers und der Konusfläche 18 des Tragkörpers die koaxiale
Stellung des Führungskörpers 10 gegenüber dem Tragkörper 14 des Bohrkopfes.
Wenn der Bohrkopf A nach der erforderlichen Erweiterung des Bohrloches oder nach erfolgter Ab- nutzung der Schneidwerkzeuge 27 heraufgezogen werden soll, ist es lediglich erforderlich, die Pumpe abzustellen, um den Druck in dem Zylinder 14a zu verringern, und dann das Bohrgestänge heraufzu- ziehen. Dieses Heraufziehen hebt den rohrförmigen Führungskörper 10 gegenüber dem Tragkörper 14 und den Traggliedern 23 an und verschiebt damit den Verriegelungskopf 38 gegenüber den Traggliedern 23 nach oben, so dass die Schneidwerkzeuge 27 in ihre zurückgezogene Stellung zurückfallen können. Wenn die Schneidwerkzeuge dies nicht von selbst tun, berühren die äusseren Flächen der Tragglieder 23 beim
Heraufziehen den Rand F des Futterrohrgestänges (Fig. 1), wodurch sie nach innen gedrückt werden, so dass der Bohrkopf durch das Futterrohrgestänge D heraufgezogen werden kann.
Um auf die Tragglieder 23 und die Schneidwerkzeuge 27 eine Kraft auszuüben, die sie zwangsläufig aus der gespreizten Stellung zurückzieht, ohne dass sie den Rand F des Futterrohrgestänges berühren, und um die Tragglieder und Schneidwerkzeuge in dieser zurückgezogenen Stellung zu halten, hat der Rohr- teil 34des Führungskörpers oberhalb des Spreizkopfes 38 einen Absatz 95 mit einer nach oben gerichteten Kante 96 (Fig. 3), die in eine nach unten gerichtete Kante 97 der verhältnismässig kurzen Arme 23b der
Tragglieder 23 eingreift ; diese Kante befindet sich seitlich neben dem Drehzapfen 25.
Nach Verringerung des hydraulischen Druckes in dem Bohrkopf und Aufwärtsbewegung des Führungskörpers 10 gegenüber dem
Tragkörper 14 bewegt sich der Spreizkopf 38 entlang der Spreizflächen der Tragglieder 23 nach oben, so dass die letzteren infolge der Schwerkraft herabfallen können. Falls sie dies nicht in vollem Masse tun, greift die nach oben gerichtete Kante 96 des Rohrteiles 34 in die Gegenkante 97 des Armes 23b des Trag- gliedes ein, um den herabhängenden Fuss 23a und die Schneidwerkzeuge 27 nach innen zu drücken.
Während des Heraufholen des Bohrkopfes aus dem Bohrloch bleibt die Kante 96 in Eingriff mit dem Hebelarm 23b und übt auf ihn ständig eine nach oben gerichtete Kraft aus, die den Fuss 23a des Trag- gliedes 23 und die Schneidwerkzeuge 27 in ihrer zurückgezogenen Stellung hält.
Wenn der Zylinderraum 22 mit Sand verstopft ist, so dass sich der Führungskörper 10 nicht frei gegenüber dem Tragkörper 14 nach oben bewegen kann, wird die Vorrichtung beim Heraufholen angehoben, bis die Tragglieder 23 den Rand F des Futterrohres berühren ; wird jetzt das Bohrgestänge weiter mit der erforderlichen Kraft angehoben, so drückt der Sand im Zylinderraum 22 gegen die Dichtung 69 und drückt dadurch den aufgeschnittenen Haltering 75 nach innen und aus seiner Nut 76 heraus, wobei er nach oben verschoben wird, bis er mit dem Kopfstück 63 in Eingriff kommt ; der Haltering 65 des Kopfstückes 63 wird ebenfalls aus seiner Nut 66 herausgedrückt, so dass sich der Führungskörper 10 gegenüber dem Tragkörper 14 nach oben verschieben kann, wobei die Tragglieder 23 in ihre zurückgezogene Stellung gebracht werden.
Die Zurückziehung wird erforderlichenfalls dadurch unterstützt, dass die Kante 96 mit der Gegenkante 95 der Hebelarme 23b der Tragglieder in Eingriff kommt. Wären in dem Zylinder nicht die Halteringe 20 vorgesehen, gegen die der Kolben 19 anschlägt, so würde es die Freigabe der Dichtung 69 und des Kopfstückes 63 in der beschriebenen Weise ermöglichen, dass der Führungskörper 10 seine Aufwärtsbewegung gegenüber dem Tragkörper 14 fortsetzt. Diese Aufwärtsbewegung ist jedoch auch durch Eingriff der Kante 96 des Führungskörpers mit der Gegenkante 95 der Hebelarme 23b zwangsläufig begrenzt, da die Tragglieder sich nur so weit nach innen bewegen können, bis sie mit dem Rohrteil 34 des Führungskörpers oder dem unteren Führungsstück 36 in Eingriff kommen. Der Bohrkopf wird daher in jedem Falle als Ganzes aus dem Bohrloch heraufgeholt.
Sand oder andere Fremdkörper, die sich in der Gegenbohrung 16 unterhalb des Kolbens 19 festsetzen, können die Tendenz haben, diesen Raum zu verstopfen. Die Konusfläche 18 des Schaftes unterhalb des Kolbens 19 ist daher vorzugsweise mit im Abstand voneinander angeordneten Rillen oder Nuten 98 (Fig. 5) versehen, die sich vom Kolben abwärts bis zur unteren Endfläche 17 des Führungskörpers erstrecken.
Diese Rillen oder Nuten 98 erleichtern das Durchtreten von Flüssigkeit und Fremdkörpern zwischen dem Führungskörper 13 und dem Tragkörper 14 des Bohrkopfes unterhalb der Gegenbohrung 60 und verhindern daher das Festsetzen von Fremdkörpern. Trotz der Anwesenheit der Rillen oder Nuten 98 ergibt jedoch der Umfang 80 des Führungskörpers eine genaue Führung innerhalb der kreisförmigen Wandteile 81 des Tragkörpers 14, so dass der Führungskörper stets in konzentrischer Stellung zum Tragkörper des Bohrkopfes gehalten wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.