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Bohrgerät zur Herstellung senkrechter Bohrlöcher und Verfahren zu dessen Anwendung.
Den Gegenstand des Stammpatentes bildet ein Bohrgeräte das die Herstellung senkrechter Löcher bei Tiefbohrungen sichern soll. Das geschieht dadurch, dass in der hohlen Schwerstange ein Messpendel angebracht ist, dessen etwaige Abweichungen aus der Senkrechten durch eine Übertragungsvorrichtung über Tage angezeigt werden. Je nach diesen Angaben kann man dann den an der Schwerstange befestigten Bohrmeissel von oben her beeinflussen, in dem Sinne, dass eine eingetretene Abweichung von der Senkrechten wieder ausgeglichen wird. Nach dem einen der beschriebenen Ausführungsbeispiele erfolgt das in der Weise, dass der Bohrmeissel eine abgeschrägte Schneide besitzt, so dass er das Bestreben hat ; bei jedem Schlage nach derjenigen Richtung'abzurutschen, in der die Spitze der Schneide weist.
Beim Bohren wird das Bohrgerät so lange regelmässig im Kreise herumgedreht, als keine Abweichung aus der Senkrechten angezeigt'wird. Ist aber eine solche eingetreten, so beschränkt man die Schläge auf denjenigen Teil des Drehkreises, der der eingetretenen Abweichung entgegengesetzt. liegt. Der Meissel sucht nun bei jedem Schlage nach dieser Richtung hin abzurutschen,, so dass eine der ursprünglichen entgegengesetzte Neigung eintritt, so. lange, bis die Senkrechte wieder hergestellt ist.
Für die Übertragung der Stellung der in der hohlen Schwerstange angeordneten Messvorrichtung nach über Tage waren elektrische Übertragungsvorrichtungen bekannter Art ins Auge gefasst. Diese, erfordern die Hinabführung eines Kabels durch das Bohrloch, in dem die nötigen elektrischen Leitungsdrähte untergebracht sind, und, ein solches Kabel bietet eine recht grosse Störungsquelle. Einmal muss es bei grösseren Tiefen einen sehr erheblichen äusseren Druck standhalten können. Sodann aber wird es fortwährend durch die Drehungen und Erschütterungen des Bohrgerätes beeinflusst und daher leicht schadhaft, was immer unangenehme Betriebsstörungen mit sich bringt.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es in erster Linie, diese Störungen zu beseitigen.
Das geschieht dadurch, dass die-vom Bohrgerät nach über Tage zu gebenden elektrischen Signale durch akustische Signale ersetzt werden. Diese werden in der Weise erzeugt, dass die im Bohrgerät untergebrachte Anzeigevorrichtung bei Abweichungen aus der Normallage Geräusche hervorbringt die ohne weiteres über Tage abgehört werden können, so dass alle Übertragungsmittel wegfallen, die, wie namentlich ein elektrisches Kabel, leicht Störungen unterliegen. Ferner ist nach der Erfindung die im Hauptpatent beschriebene Vorrichtung noch insofern vereinfacht, als das Messpendel nur noch eine einzige Komponente der Neigungen angezeigt, während die Anordnung doch so getroffen ist, dass auf Grund dieser vereinfachten Angabe die Beseitigung etwa eingetretener Richtungsänderungen des Bohrloches mit Sicherheit erfolgen kann.
In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch die den Meissel tragende Schwerstange, die Fig. 2 und g zeigen Teile dieses Schnittes in vergrössertem Massstab, und zwar um 900 gegeneinander verdreht, die Fig. 4 gibt eine Darstellung des Stromkreises des nach dem Ausführungsbeispiel verwendeten elektrischen Antriebes, und Fig. 5 zeigt eine Einzelheit davon.
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Die hohle Schwerstange 1 ist am unteren Ende mit dem ebenfalls hohlen abgeschrägten Meissel 2 versehen und am Kopfende vermittelst des Übertragungsstückes 3 an dem Bohrgestänge befestigt. Abgesehen von der schrägen Schneide des Meissels und. von der zur Aufnahme des Messgerätes dienenden weiteren Bohrung der Schwerstange unterscheiden sich diese Teile nicht wesentlich von den sonst bei der Spülbohrung, gebrauchten Geräten. Wie bei diesen ist dafür Sorge zu tragen, dass durch das hohle Bohrgestänge und durch die hohle Schwerstange die Spülflüssigkeit bis zum Meissel gelangt, wie durch die punktierten Teile x angedeutet.
Starr im Hohlraum der Schwerstange 1 in das allseitig geschlossene äussere Mantelrohr 4 für den Geber gelagert, in dem das innere Mantelrohr 5 des Gebers in der Längs- richtung und durch, die Federn 6 und 7 abgepuffert gelagert ist, während es im übrigen an den Drehungen und Neigungen der Schwerstange teilzunehmen gezwungen ist. Um dies herbeizuführen, ist am äusseren Mantelrohr 4 die Führungsnase 8 angeordnet, die sich in einer Nut des Mantelrohres 5 führt :
Im Geber befindet sich eine Kraftquelle 9 (Akkumulatorenbatterie nebst Elektromotor, oder ein durch, Federkraft betätigtes Laufwerk o. dgl. ). In dem beschriebenen Ausführungs- beispiel ist angenommen, dass diese Kraftquelle 9 eine elektrische ist.
Sie treibt die Antriebsschnecke 10 an, diese greift in ein Schneckenrad 11 ein, dessen Achse bei 11'gelagert ist und auf dem äusseren-Ende fest'aufgekeilt ein Zahnrad 12 trägt. Die Oberfläche des Schneckenrades 11 ist mit vier im Kreise angeordneten Stiften 13 versehen, die bei einer
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gelagerten Bolzen dar, der unter dem Druck einer Feder 16 steht. Die an die Nase 14 stossenden Stifte 13 nehmen den Hammer, entgegen der Wirkung der Feder 16, eine Strecke weit mit zurück und lassen ihn alsbald wieder frei, so dass er mit seinem Kopf 15" gegen die Wand des inneren Metallrohres'5 geschnellt wird. Da die Anzahl der Stifte vier beträgt, werden während eines Umlaufes des Rades 11 vier Schläge des Hammers 15 hervorgebracht.
Das auf der Welle des Schneckenrades 11 sitzende Zahnrad 22 steht im Eingriff mit einem Zahnrad 17, das auf der Welle 18'einer Schraubenspindel 18 sitzt. Diese steht auskuppelbar in Eingriff mit einem Schlitten 19, der in Führungen 19'verschiebbar gelagert ist, eine die Kupplung mit der Schraubenspindel 18 herstellende Halbmutter 19" besitzt und unter der Wirkung einer Feder 20 steht. Dreht sich die Schraubenspindel 18 und steht sie in Eingriff mit der Halbmutter 19", so wird der Schlitten 19, entgegen dem Druck der Feder 20, verschoben, in Fig. 2 nach links. An dem Schlitten 19 ist ein elektrischer Kontakt 21 angebracht, dessen Zweck später erläutert wird.
Die Welle der Schraubenspindel 25 ist nun schwingbar gelagert : Sie ist bei 22 kugelförmig verdickt und ruht in einem Kugellager 22', am freien Ende ist sie mit einer Kugel 23 versehen. Die Kugel 23 liegt in einer Aussparung eines verschiebbar gelagerten Druckstiftes 24, so dass bei einem Heruntergehen dieses Druckstiftes 24 das Achsenende mit der Kugel 23 nach unten gedrückt wird, wodurch die Halbmutter 19"des Schlittens 19 von der Schraubenspindel 18 frei und der Schlitten 19 durch den Druck der Feder 20 wieder in die Anfangs-
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unter Federdruck stehenden Rückschlagventils 30 abgeschlossen. Dieses öffnet sich, wenn der Kolben 25 sich nach abwärts bewegt, schliesst sich aber, wenn der Kolben aufsteigt.
Ein Druckausgleich ist dann nur durch eine feine, in'der Zeichnung nicht mit dargestellte Bohrung des Ventils möglich,
Am Kolben. 25 und am Zylinder 26 sind zwei Konsole 26'befestigt, die die beiden Teile eines elektrischen Kontaktes 29 tragen. Der Kontakt ist geschlossen, wenn der Kolben 25 sich in seiner oberen, in Fig. 2 dargestellten Lage befindet, wird aber unterbrochen, sobald der Kolben sich nach abwärts zu bewegen beginnt.
Schliesslich ist in den am Gestell befindlichen Augen 31'ein schweres Pendel 31 aufgehängt, dessen Ausschlag nach dem Innenraum des Mantelrohres 5 zu (Fig. 2 nach links) durch einen Anschlag 32, nach rechts durch einen Anschlag 32'begrenzt ist. Dieses Pendel trägt den zweiten Teil des vorerwähnten-Kontaktes 21 am Schlitten 19. Ob dieser Kontakt geöffnet oder geschlossen ist, hängt daher ab einerseits von der Stellung des Pendels 31, andrerseits von derjenigen des Schlittens 19,
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Fig. 4 ersichtlich, liegen in diesem Stromkreis beide Kontakte in Hintereinanderschaltung.
Der Stromkreis wird also unterbrochen und der Motor kommt zum Stillstand, wenn auch nur einer dieser Kontakte ausgeschaltet wird. Wie und unter welchen Umständen das geschieht, sei nunmehr zusammen mit der gesamten Wirkungsweise erläutert.
Wird ein Schlag mit dem Bohrmeissel ausgeführt, so setzt in dem Augenblick, in dem der Bohrmeissel aufschlägt und die Schwerstange zum Stillstand kommt, der Kolben 25 infolge der lebendigen Kraft seine Abwärtsbewegung fort, wobei er die entsprechend bemessenen Federn 26 und 28 zusammendrückt, Hierdurch wird der'Druckstift 24 nach unten verschoben, und demgemäss wird die Welle 18'der Schraubenspindel 18, um die Verdickung 22 als Drehpunkt, soweit nach unten geschwenkt, dass die Schraubenspindel ausser Eingriff mit der Halbmutter 19"gelangt.
Eine Verschiebung des Schlittens, 29 würde also nicht mehr stattfinden. Indessen wird durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 25 auch der Kontakt 29 unterbrochen, so dass der Motor 9 und demgemäss auch die Schraubenspindel 18 zum Stillstand gelangt.
Nach dem Schlage kann nun der Kolben 25 nicht sofort wieder, dem Druck der Federn 27 und 28 folgend, nach aufwärts sich bewegen, weil das inzwischen. geschlossene Ventil 30 nur ein verhältnismässig langsames Einströmen der Luft in den Hohlraum 25'gestattet.
Die Geschwindigkeit, mit der der Kolben sich nach aufwärts bewegen kann, ist so gewählt, dass, bevor die Schraubenspindel wieder in ihre Arbeitslage gelangen und der Kontakt 29 geschlossen werden kann, schon-regelmässigen Betrieb vorausgesetzt-ein neuer Schlag und damit eine neue Abwärtsbewegung des Kolbens'folgt. Dieser Zustand wird aufrecht- erhalten, so lange regelmässig gebohrt wird. Wenn man die Schläge auf das Bohrgestänge einen längeren Zeitraum hindurch als'er durch die Wahl der Federn 27, 28,'die Masse des Kolbens 25, die Einstellung der Ventils 30 usw. gegeben ist,'beispielsweise länger als
20 Sekunden, unterbricht, erst dann kann der Kolben 25 in seine Anfangsstellung zurückgehen und damit sowohl die Schraubenspindel 18 eingedrückt als auch der Kontakt 29 geschlossen
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des Pendels 31.
Steht dieses und damit anch die gesamte Schwerstange, nach wie vor senkrccht, oder hat sich das untere Ende der Schwerstange nach links geneigt, das Pendel demgemäss einen Ausschlag nach rechts erfahren bzw. sich an den Anschlag 32'angelegt, so ist der Kontakt 21 nicht geschlossen und der Motor und die mit ihm gekuppelten Teile bleiben in Ruhe. Ist dagegen die Schwerstange mit dem unteren Ende-bei dem dar- gestellten Ausführungsbeispiel nach links-ausgewichen, hat also die übertrieben in Fig. 5 gezeichnete Stellung angenommen, so ist der Kontakt 21 und damit der Betriebsstromkreis geschlossen, der Motor läuft an und die Schnecke 10 setzt sich in Bewegung.
Sie treibt nun zunächst das Schneckenrad 11 an, das mit den Stiften 13 besetzt ist, und diese setzen, - wie vorher beschrieben, des Hammer 15 in Bewegung, so dass dieser beim jedesmaligen
Vorübergehen eines Stiftes 13 bei der Nase 14 einen Schlag gegen die Wand des inneren
Mantelrohres 5 ausführt. Diese Schläge pflanzen sich durch den Aussenmantel 4 des
Gebers, durch die Schwerstange und durch das damit fest verschraubt Bohrgestänge bis über Tage fort, und können daselbt, beispielsweise mit Hilfe einer in das Bohr- gestänge gelegten Höhrkapsel mit Gummischlauch u. dgl. deutlich wahrgenommen und ge- zählt werden.
Zugleich mit dem Schneckenrad 11 setzt sich, von den'Zahnrädern 12, 17 angetrieben, die Schraubenspindels 18 in Bewegung und verschiebt den Schlitten 19, entgegen dem Druck der Feder 20, nach links. Dieser Bewegung folgt das Pendel 31, das sich auf den Schlitten stützt, so lange, bis es wieder senkrecht hängt und zurückbleibt, worauf dann der Kontakt 21 unterbrochen wird und der Motor, und demnach auch die übrigen mit ihm gekuppelten Teile sowie der Schlitten, zum Stillstand kommt. Bis das geschieht, sind bei jeder Umdrehung des Schneckenrades 11 vier Hammerschläge erzeugt worden.
Die beobachtete Gesamtzahl der Schläge gibt also ein Mess dafür, um wieweit der Schlitten 19 hat nach links bewegt werden müssen, um die senkrechte Lage des Pendels 31 wieder herzustellen, also auch ein
Mass für die Schrägstellung der Schwerstange mit Meissel.
Der über Tage befindliche Beobachter hat also nur nötig, von Zeit zu Zeit die Bohr- schläge zu unterbrechen und die Signalschläge des Hammers 15 am Bohrgestänge abzuhören, um zu wissen, ob und um wieviel sich der Meissel aus der senkrechten Lage entfernt hat.
Freilich sind hierfür drei Einschränkungen zu beachten : i. können nur die Ausschläge des Pendsls nach links (in der Zeichnungsebene) wirk- lich bemessen werden ;
2. misst das Pendel immer nur eine Komponente der Neigung ; \
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g. ist die Lage dieser Komponente der Neigung des Bohrloches mit Sicherheit nur mit Bezug auf den Meissel bekannt und nicht mit Bezug auf die geographische Lage des
Bohrloches.
Trotzdem genügen die erhaltenen Angaben vollständig für den vorliegenden Zweck, weil man den Meissel nur um 90 nach der einen oder anderen Seite zu drehen braucht, um in dieser Stellung die andere Komponente zu messen. Zudem fällt die Lage des Meissels, in'welcher eine Komponente ihr Maximum erreicht, mit der Gesamtneigung zusammen. Um diesen Punkt muss dann die tiefe Kante des Meissels hin und her geschwenkt werden, anstatt gleichmässig im Kreise gedreht zu werden, um die entstandene Abweichung wieder auszugleichen, wie im Stammpatent. geschildert. Solange eine Verdrehung des Gebers gegen den Meissel nicht eintritt, kann eine etwaige Verdrehung des Bohrgestänges unberücksichtigt bleiben.
Wenn nur die beginnende Abweichung möglichst rasch und vollständig ausgeglichen wird, ist der Zweck der Erfindung erfüllt, so dass darauf verzichtet werden kann, fest- zustellen, in welcher geographischen Richtung. das Bohrloch ohne diesen Ausgleich sich von der senkrechten Richtung entfernt haben würde.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. -Bohrgrä nach Patent Nr. 83573, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Bohr- loch eingeführte Anzeigevorrichtung (Geber) im Fall einer Abweichung aus der Normallage
Geräusche hervorbringt, die mittels unmittelbarer Schallübertragung, ohne Zuhilfenahme elektrischer'Übertragungsvorrichtungen o. dgl. über Tage abgehört werden können.