<Desc/Clms Page number 1>
Gerät zum Vortreiben von Bohrlöchern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Vortreiben von Bohrlöchern mit einem mittels eines eigenangetriebenen, am Bohrwerkzeug sitzenden Vibrationsgerätes angetriebenen Bohrwerkzeug.
Es ist bereits bekannt, Bohrungen als Schlagbohrung durchzuführen, wobei in einer bestimmten Zeit- einheit eine Anzahl von Schlägen gegen das sich drehende oder gegen Drehung gesicherte Bohrwerkzeug ausgeübt wird. Diese Schlagbohrungen sind jedoch auf vergleichsweise kurzen Vortrieb beschränkt. Bei der Herstellung tiefer Bohrlöcher wendet man auch bereits ein schlagendes Prinzip an, das sich jedoch darin erschöpft, dass das Werkzeug angehoben, etwas gedreht und dann wieder fallengelassen wird.
Die Wirkung von Vibrationen auf Werkzeuge und der damit erzielbare höhere Nutzeffekt ist an sich bereits bekannt. Durch die Erfindung soll nunmehr ein Gerät zum Vortreiben von Bohrlöchern mit einem mittels eines Vibrationsgerätes angetriebenen Werkzeug geschaffen werden, das es ermöglicht, nicht nur kurze Bohrlöcher, wie sie beispielsweise als Sprenglöcher vorgetrieben werden, sondern ausreichend tiefe
Bohrlöcher beliebigen Durchmessers vorzutreiben.
Es ist bereits ein elektromagnetisch angetriebenes Stossbohrwerkzeug für Tiefbohrungen bekannt, bei dem ein elektromagnetischer Vibrator in einer Seilhülse angeordnet ist, welcher über diese Seilhülse das Bohrwerkzeug in vertikaler Richtung in Schwingungen versetzt (deutsche Patentschrift Nr. 959995).
Bei einem andern schwingenden Bohrverfahren (deutsche Patentschrift Nr. 932182) ist innerhalb eines Rohres ein Innengestänge eingesetzt, das sich an die Innenwand des Rohres anlegt und daran haftet, aber abrollen kann. Durch Verdrehen des Gestänges über eine Kreuzgelenkverbindung mittels eines Motors rollt die Stange ab und erzeugt somit horizontal gerichtete Schwingkräfte.
Mit beiden Geräten ist es jedoch nicht möglich, ausreichend tiefe Bohrlöcher beliebigen Durchmessers vorzutreiben, weil es dazu einer Drehbewegung des Bohrgerätes bedarf, die bisher nur von aussen her auf das Bohrwerkzeug übertragen werden konnte.
Die Erfindung geht also von einem Bohrwerkzeug beliebiger Konstruktion aus, an dem ein eigenangetriebenes Vibrationsgerät befestigt ist, und schlägt vor, dieses eigenangetriebene Vibrationsgerät, z. B. ein Unwucht- Schlaggerät, exzentrisch am Bohrwerkzeug derart anzuordnen, dass seine Kraftrichtung in eine in Achsrichtung des Bohrloches und in eine tangential zum Bohrloch angreifende Komponente zerlegbar ist. Damit ist es beispielsweise bei Bohrmeisseln möglich, ein Bohrloch von beliebigem Durchmesser vorzutreiben oder beispielsweise bei der Verwendung von Rollenbohrmeisseln ein Vorbohrloch in beliebiger Weise zu erweitern und dabei gegebenenfalls Durchmesser bis zu 2 m und mehr zu erreichen.
Der wesentliche Vorteil des Erfindungsprinzips ist darin zu sehen, dass Gestänge und Verbindungselemente mit Ausnahme von einfachen Zuführungskabeln oder-leitungen für den Antriebsmotor des Vibrationsgerätes vollständig in Wegfall kommen. Es bedarf lediglich einer Aufhängevorrichtung für das Gerät, die. es ermöglicht, das Gerät gegebenenfalls aus dem Bohrloch wieder zu entfernen.
Durch die besondere Anordnung des Vibrationsgerätes am Bohrwerkzeug wird ferner erreicht, dass auf jeglichen gesonderten Antrieb des Bohrwerkzeuges, der diesem eine Drehbewegung ertr : leu soll, verzichtet werden kann, weil die zum Bohrloch tangential angreifende Komponente im Zusammenwirken mit der in
<Desc/Clms Page number 2>
Achsrichtung des Bohrloches angreifenden Komponente den entsprechenden Vorschub unter kurzzeitigem
Anheben des Gerätes von der Bohrlochsohle erteilt.
Mit dem erfindungsgemässen Gerät ist es somit möglich, die Führung auf einen Seilzug od. dgl. zu beschränken, der es ermöglicht, das Gerät gegebenenfalls wieder zu gewinnen.
Selbstverständlich schliesst die Erfindung eine Konstruktion nicht aus, bei der die Drehbewegung nicht durch das Zusammenwirken der Antriebskomponenten des Vibrationsgerätes, sondern zusätzlich dazu durch einen eigenen Antrieb, beispielsweise über ein Gestänge, bewirkt wird.
Die Erfindung richtet sich weiter auf ein Gerät zum Erweitern von Bohrlöchern mit an radialen Armen angeordneten Schneidwerkzeugen, das nach demselben Prinzip arbeitet.
Bei den bekannten Geräten dieser Art erfolgt der Antrieb über ein die radialen Arme tragendes Ge- stänge, wobei sich die am Ende der radialen Arme sitzenden Schneidwerkzeuge, die vorzugsweise die
Form von Schneidrollen aufweisen, über der Sohle des entsprechenden Bohrloches abwälzen und diese dadurch absenken.
Der Bohreffekt bei solchen Geräten ist im Vergleich zu der aufgewendeten Maschinenleistung ver- hältnismässig gering. Ausserdem ist in vielen Fällen die Anordnung des Gestänges hinderlich. Durch die
Erfindung sollen diese Probleme gelöst werden. Dies wird erfindungsgemäss in Anwendung des Prinzips der exzentrischen Anordnung des Vibrationsgerätes derart, dass seine Kraftrichtung in eine in Achsrichtung des Bohrloches und in eine tangential zum Bohrloch angreifende Komponente zerlegbar ist, dadurch er- reicht, dass in oder unmittelbar in der Nähe der Schneidwerkzeuge wenigstens ein Unwuchtvibrations- gerät vorgesehen ist.
Dieses Gerät lässt sich in der verschiedensten Weise abändern. So kann man beispielsweise die radialen Arme jeweils an einer zentralen Hülse lagern, die auf einem Gestänge federnd axial verschiebbar ist.
Dabei empfiehlt es sich, die Arme in ihrer Befestigung an der Hülse in Armlängsrichtung verschiebbar zu machen, um derart den Radius der gewünschten Erweiterungsbohrung nach Belieben einstellen zu können.
Besonders zweckmässig ist es auch, die Arme überhaupt auswechselbar in der Hülse zu lagern, um derart bei Ausfall eines Schneidwerkzeuges, Vibrationsgerätes oder sonstiger Einzelteile an einem Arm nur diesen Teil und nicht das ganze Gerät auswechseln zu müssen.
Das Gestänge kann so ausgebildet werden, dass es gleichzeitig der Zuführung der Energie in Form von Pressluft, Presswasser oder Strom für den Antrieb der Vibratoren dient. Es kann ausserdem mit einem dann vergleichsweise nur schwache Leistung benötigenden Gerät verbunden werden, das ihm eine entsprechende Drehbewegung erteilt, so dass sich in diesem Falle Überlegungen hinsichtlich der Anordnung der Vibrationsgeräte derart, dass ihre Schwingungen zwangsläufig zu einer Drehbewegung des Gerätes führen, erübrigen.
Arbeitet man nach dem zuletzt genannten Prinzip, dann ist es möglich, mit vorhandenen Bohrgeräten und deren Antriebsaggregaten unter erfindungsgemässem Einsatz von Vibrationsgeräten in oder in der Nähe der Schneidwerkzeuge mit dem bisher üblichen Leistungseinsatz der Antriebsaggregate Bohrlöcher mit wesentlich grösserem Durchmesser herzustellen.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, u. zw. in Fig. 1 ein Gerät zur Herstellung eines Bohrloches mit Hilfe eines mit Rollenmeisseln bestückten Bohrwerkzeugkopfes ; Fig. 2 ein Gerät zur Herstellung eines Erweiterungsbohrloches, insbesondere unter Verwendung von Rollen- meisseln ; Fig. s ein Gerät zur Herstellung eines Erweiterungsbohrloches mit Hilfe von Rollenmeisseln, bei dem jedoch das Vibrationsgerät mit dem Rollenmeissel eine Einheit bildet ; Fig. 4 eine Konstruktion mit federnd abgestützten, die Schneidwerkzeuge tragenden Armen unter Verwendung von Schneidmeisseln als Schneidwerkzeuge ; Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Konstruktion, jedoch unter Verwendung von Rollenmeisseln als Schneidwerkzeuge ;
Fig. 6 eine Anordnung mit fester Anbringung der die Schneidwerkzeuge tragenden Arme ; Fig. 7 und 8 eine Konstruktion, bei der die tragenden Arme durch einen Ring ersetzt sind und Fig. 9, 10 und 11 weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Gerätes.
Man erkennt aus Fig. l einen oberen Teil 1 mit einer Befestigungsöse 2, an der das gesamte Gerät aufgehängt ist. Die von oben her geführten Vorrichtungen zur Energiezuführung zu dem Vibrationsgerät sind in den Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der Teil ist mit Hilfe der Führungen 3 im Bohrloch 4 geführt. Er trägt den Antriebsmotor 5 des Vibrationsgerätes 6, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel über Riemenscheibenantrieb 7 angetrieben wird. Das Vibrationsgerät 6 sitzt an dem zweiten Teil 8 des Gerätes, der mit Hilfe der Führungen 9. im Bohrloch 4 geführt ist und an seinem unteren Ende einen Rollenmeissel 10 mit den Rollen 11,12 trägt. Der Antriebsmotor 5 und das Vibrationsgerät 6 sind gegenseitig durch Federn 13 abgestützt.
Selbstverständlich kann der Antriebsmotor 5 auch ein geschlossenes Aggregat mit dem Vibrationsgerät 6 bilden. Die wiedergegebene Ausführungsform ist deshalb nur als Ausführungsbeispiel gedacht.
<Desc/Clms Page number 3>
Man kann die in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsformen auch dahingehend abändern, dass man ein übliches Aggregat mit dem Rollenmeissel 10 verwendet, das beispielsweise von Übertage mit Hilfe eines Gestänges in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei man die Vortriebswirkung dieses
Gerätes durch Anbau des Vibrationsgerätes 5/6 wesentlich erhöhen kann, wie die Erfahrung gezeigt hat.
Sollten sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Vorwärtsbewegung der Rollenmeissel ergeben, so lassen sich diese in einfacher Weise dadurch beheben, dass man den Rollenmeissel so lagert, dass seine Drehbe- wegung nur in einer Richtung möglich ist. Dies kann beispielsweise durch Einbau eines Klinkenrades und einer Klinke oder durch eine freilaufähnliche Konstruktion erreicht werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind ebenfalls wieder ein Oberteil 21 und ein unterer Teil 28 vorgesehen, wobei in diesem Fall das Bohrwerkzeug in Form einer Bohrrolle 22 zwischen den beiden
Führungen 23 und 29 sitzt. Ansonsten entspricht diese Konstruktion im wesentlichen der nach Fig. 1.
Man erkennt bei 26 dag Vibrationsgerät, bei 25 dessen Antriebsmotor und bei 27 den Riemen- antrieb zwischen den Teilen 25 und 26.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der den einzelnen Bohrrollen die Vibrationsgeräte unmittelbar zugeordnet sind. Ein Träger 31 ist mit Hilfe der Führungen 32 und 33 im Bohrloch 34 geführt.
An ihm sind durch Gelenke bei 35 und 36 Arme 37 und 38 befestigt, die je ein Vibrationsgerät 39 und 40 aufnehmen. Dieses Vibrationsgerät besteht aus einem Antriebsmotor und einem Vibrationsteil und kann in an sich bekannter Weise beliebig ausgebildet sein. Bei 41 und 42 sind diese Arme 37 und
38 federnd gegen den Träger 31 abgestützt. Bei 43 und 44 erkennt man die Bohrrollen.
Selbstverständlich können die in den Zeichnungen wiedergegebenen Bohrwerkzeuge durch jede andere
Ausführungsform eines Bohrwerkzeuges ersetzt werden. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist auf die Zuführung der Energie zu den einzelnen Vibrationsgeräten nicht eigens hingewiesen. Diese erfolgt in dem Fachmann naheliegender oder in an sich bekannter Weise.
Nach Fig. 4 ist ein Gestänge 51 in einer Öse in nicht näher dargestellter Weise aufgehängt. Dieses Gestänge trägt verschiedene Hülsen 53,54, 55 mit seitlich vorstehenden Hülsen 56,57, 58, in die die Arme 59,60, 61 vorzugsweise verstellbar eingesetzt sind. An den Armen 59,60, 61 sitzen Unwuchtvibrationsgeräte 62,63, 64. Die unterste Hülse 65 trägt das Vibrationsgerät 66 unmittelbar. Jede der Hülsen 53,54, 55 und 65 ist gegen einen Bund 67,68, 69,70 über eine Feder 71, 72,73, 74 abgestützt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemässen Gerät gleichzeitig das Vorbohrloch gebohrt. Zu diesem Zweck ist an dem unteren Ende des Gestänges 51 mit Hilfe einer Hülse 75 über eine Feder 76 ein Vibrationsgerät 77 befestigt, welches unmittelbar auf den Vollbohrmeissel 78 wirkt. Die einzelnen Schneidwerkzeuge sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Schneidmeissel 79,80, 81,82, in deren unmittelbarer Nähe die Unwuchtvibrationsgeräte 62,63, 64,66 angeordnet sind. Bei der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausführungsform erfolgt ein Umlauf des Gerätes um die Achse des Gestänges 51 bereits bei Verwendung einfacher Kreisschwingungen erzeugender Unwuchtvibratoren. Selbstverständlich sind durch Verstellen oder Demontieren der einzelnen Erweiterungsstufen verschiedene Bohrdurchmesser möglich.
So ist es auch ohne weiteres denkbar, durch Entfernen aller Erweiterungsstufen lediglich eine Bohrung mit dem Vollbohrmeissel herzustellen, wobei dann gegebenenfalls die Drehbewegung durch ein das Gestänge antreibendes Aggregat erfolgt.
Fig. 5 zeigt eine Konstruktion unter Verwendung von Rollenmeisseln. Bei dieser Ausführungsform trägt ein an einer Öse 91 aufgehängtes Gestänge 92 Hülsen 93,94, die sich über Federn 95,96 ge- gen Bunde 97, 98 am Gestänge 92 abstützen. In den Hülsen 93, 94 sind über seitliche Hülsen 99, 100 Arme 101,102 gelagert, die an ihrem Ende Unwuchtvibrationsgeräte 103,104 tragen, auf denen die Rollenmeissel 105,106 angeordnet sind. Verwendet man bei dieser Konstruktion Unwuchtgeräte, die lediglich Kreisschwingungen erzeugen, so bedarf es einer Einrichtung, um das Gestänge 92 um seine Achse zu drehen. Man erhält einen automatischen Vorschub bei Verwendung von gerichtete Schwingungen erzeugenden Unwuchtvibrationsgeräten, deren Schwingungsrichtung jedoch gegen die Vertikale geneigt sein muss.
Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform am unteren Ende des Gestänges 92, ähnlich wie bei der Konstruktion nach Fig. 4, gegebenenfalls über ein weiteres Unwuchtvibrationsgerät, ein Vollbohrmeissel zur Herstellung des Vorbohrloches angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform kann man ebenfalls wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 einen Antrieb unmittelbar auf das Gestänge 92 von oben her oder von unten wirken lassen, der jedoch dann wegen des Vorhandenseins der Unwuchtvibrationsgeräte nur noch eine vergleichsweise geringe Leistung aufzuweisen braucht.
<Desc/Clms Page number 4>
Bei der Konstruktion nach Fig. 6 sind die Arme 111,112, 113,114 starr am Gestänge 115 mon- tiert und tragen an ihrem äusseren Ende Unwuchtvibrationsgeräte 116,117, 118, 119. Bei der hier wiedergegebenen Ausführungsform ist der Vollbohrmeissel 120 ohne Zwischenschaltung eines Vibra- tionsgerätes am Gestänge 115 befestigt. In der Nähe oder um die Unwuchtvibrationsgeräte 116,117,
118,119 sind die Schneidwerkzeuge, beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel die Schneidmeissel
121,122, 123,124 angeordnet. Die Federung erfolgt über die Feder 125, die beim wiedergegebenen
Ausführungsbeispiel am oberen Ende des Gestänges angebracht ist. Die Gewichtsbelastung erfolgt durch
Gewichte 126. Die ganze Anordnung hängt beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel an einer Öse 127.
Selbstverständlich kann Federung und Gewichtsbelastung unter Wegfall des Vollbohrmeissels
120 auch am unteren Ende des Gestänges 125 zum Angriff gebracht werden.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform, bei der ein Ring 131 über Arme 132 an einer
Nabe 133 befestigt ist, die an einer Öse 134 aufgehängt ist. Selbstverständlich kann der Ring auch durch entsprechende Verbindungselemente so aufgehängt oder so geführt sein, dass ein gegebenenfalls mittig stehenbleibender Bohrkern sich durch ihn hindurchbewegen kann.
An dem Ring sitzen Federn 135, die ein Unwuchtvibrationsgerät 136 tragen, an dem die
Schneidwerkzeuge 137, beim dargestellten Ausführungsbeispiel Schneidmeissel, befestigt sind.
Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen zwei weitere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Gerätes.
Mit 141 ist beispielsweise ein Gestänge bezeichnet, auf dem ein die Arme 142,143 tragender Ring 144 vorzugsweise fest angebracht ist. Das Gestänge kann angetrieben oder nicht angetrieben sein.
AmArm 143 sitzt, Wiè man insbesondere aus Fig. 10 erkennt, am äusseren Ende eineBohrrolle 145, die in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert ist und über einen Arm 146 ein Unwuchtgerät 147 trägt. Selbstverständlich kann das Unwuchtgerät 147 auch in der Schneidrolle eingebaut sein.
Der Arm 142 trägt auf einem Zapfen 148 einen weiteren Arm 149, auf dem in geeigneter Weise ein Unwuchtgerät 150 montiert ist. An seinem freien Ende trägt der Arm 149 eine Schneidrolle 151. Die Federn 152 und 153 sind an Ansätzen 154 und 155 sowie am Arm 149 befestigt und halten den Arm in der gewünschten Lage federnd fest. Selbstverständlich kann es sich bei den Schneidrollen 145 und 151 auch um beliebige andere Schneidwerkzeuge handeln. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 11 kann das Unwuchtgerät 150 unmittelbar in der Schneidrolle eingebaut sein.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglich ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät zum Vortreiben von Bohrlöchern mit einem mittels mindestens eines eigenangetriebenen, amBohrwerkzeug sitzenden Vibrationsgerätes angetriebenenBohrwerkzeug, dadurch gekennzeich- net, dass das Vibrationsgerät exzentrisch am Bohrwerkzeug (10) sitzt.