Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zum Halten, Führen und Vorantreiben von Bohrstangen und Mess-Sonden im wesentlichen umfassend ein weitgehendst oberhalb einer Geländeoberfläche angeordnetes Tragwerk, sowie Antriebsmittel zum Vorantreiben oder Zurückziehen der Stangen und Sonden in den oder aus dem Untergrund; mit einer Schlagwerkeinrichtung für eine solche Vorrichtung, mit einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 15, mit einem Lastkraftwagen mit einer solchen Vorrichtung, sowie mit einer Verwendung dieser Vorrichtung.
Bohr- oder Mess-Sonden, resp. die zum Führen dieser Sonden ins Erdreich notwendigen Bohrstangen, sowie Führungsteile werden durch Antriebsmittel wie hydraulische Druck- oder Zugzylinder, Fallvorrichtungen, wie z.B. einem sogenannten Fallhammer, oder Rotationsmechanismen ins Erdreich getrieben. Sowohl diese Antriebsmechanismen wie auch die entsprechenden Führungsorgane sind in oder an einem Gerüst oder Tragwerk oberhalb der Geländeoberfläche resp. des Erdreiches im wesentlichen über dem entsprechenden Bohrloch angeordnet.
Insbesondere bei nichtstationären Bohr- oder Mess-Sondieranlagen, die z.B. leicht montierbar sein müssen oder auf einem Lastkraftwagen montiert sind, besteht das Problem der leichten Zugänglichkeit zum Bohrloch resp. des Freilegens des Arbeitsraumes am Bohrloch zum Auswechseln oder Montieren von Bohrstangen, Führungsteilen etc. bei fortschreitendem Eindringen der Sonden ins Erdreich.
Insbesondere bei Bohrgeräten mit hydraulischen, kontinuierlichen Vortreibeinrichtungen und/oder Schlagwerken besteht dieses Problem der Zugänglichkeit, da die entsprechenden Gerüste oder Tragwerke schwer und unförmig sind. Die Lösung besteht heute darin, dass der Vortreib- oder Schlagmechanismus durch entsprechende Hebevorrichtungen vom Arbeitsraum abgehoben oder weggeschwenkt wird. Aber eben diese Hebevorrichtungen führen infolge des grossen Gewichtes der wegzuschwenkenden Vorrichtungen zusätzlich dazu, dass das ganze Gerüst, resp. Tragwerk noch schwerfälliger und unförmiger wird, so dass das Gerüst beispielsweise kaum auf einem Lastkraftwagen Platz finden kann, resp. vor jeder Weiterfahrt des LKW's demoniert werden muss. Auch wird durch das Wegschwenken des Vortreib- resp.
Fallmechanismus der Vortrieb der Bohrstangen, resp. der Bohrvorgang unnötig lange unterbrochen, was vor allem bei Mess-Sondierungen sehr unerwünscht ist, da diese innerhalb kurzer Zeitspannen ausführbar sein sollten. Weiter beinhaltet das Abheben resp. Wegschwenken der Antriebsmittel zusammen mit dem Fallhammer resp. Rammbär ein grosses Gefahrenmoment in sich, da grosse Gewichte mit relativ instabilen, nicht fest montierten Gerüst- oder Tragwerkteilen abzuheben, resp. wegzuschwenken sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher der Arbeitsraum im Bereich des Bohrloches rasch und einfach freigemacht werden kann, damit Bohrstangen ausgewechselt oder weitere Führungsteile montiert werden können und das weitere Vorantreiben von Bohr- oder Mess-Sonden, resp. der neu auf gesetzten Führungsteile ohne langen Arbeitsunterbruch weitergeführt werden kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst.
Die orstfeste Partie weist dabei vorzugsweise mindestens eine resp. zwei Gleit- oder Führungsschienen auf, an oder auf welchen die verschiebbare Partie derart verschiebbar angeordnet ist, dass die Antriebsmittel in einem Arbeitsraum im Bereich oberhalb des Bohrloches oder ausserhalb dieses Bereiches, resp. des Arbeitsraumes angeordnet werden können. Das Verschieben zwischen den beiden genannten Positionen erfolgt vorzugsweise mittels hydraulisch oder mechanisch betätigbaren Verschiebemitteln, wie beispielsweise mittels hydraulischen Zylindern.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die verschiebbare Partie mindestens zwei Vertikalträger umfasst mit mindestens einem im Bereich der oberen Enden der Vertikalträger, diese verbindenden Querträger, wobei die Vertikalträger entlang der Gleitschienen im wesentlichen senkrecht auf diesen stehend, verschiebbar angeordnet sind. Die Vertikalträger bilden damit zusammen mit dem Querträger ein torrahmenartiges Gebilde; welches auf der ortsfesten Partie entlang der Gleit- oder Führungsschienen in den resp. aus dem Arbeitsraum verschiebbar ist.
Dieses verschiebbare, torrahmenähnliche Gebilde umfasst die Antriebsmittel, welche aus je an den oder in den Vertikalträgern, aus diesen aus den oberen Enden ausfahrbaren, hydraulischen oder mechanisch betätigbaren zylinderartigen Gleitelementen bestehen, welche ihrerseits an den oberen Enden mittels einem weiteren Querträger verbunden sind. An diesem weiteren Querträger befestigt, mittig zwischen den Gleitelementen resp. den Vertikalträgern angeordnet, ist ein Treibklotz, resp. Fallhammer oder Rammbär, welcher sich im wesentlichen von der Mitte des weiteren Querträgers parallel zu den Gleitelementen resp. den Vertikalträgern längs ausgedehnt erstreckt, und gleitend durch eine Führungsöffnung mittig durch den einen Querträger hindurch verläuft.
Die zylindrischen Gleitelemente, wobei vorzugsweise deren zwei vorgesehen sind, werden mittels in oder an den Vertikalträgern angeordneten, hydraulischen Zylindern ausgefahren, resp. in die Vertikalträger zurückgezogen. Diese Zylinder weisen vorzugsweise je eine Druck- resp. Zugkraft auf von bis zu 20 Tonnen, was insgesamt 40 l DEG Druck- resp. Zugkraft ergibt.
Durch die Betätigung dieser hydraulischen Zylinder erfolgt das Vorantreiben der Bohr- oder Mess-Sonden in bekannter Manier, wie beispielsweise im Schweizer Patent Nr. 465 512 umfassend beschrieben. Beim Ausfahren der hydraulischen Zylinder wird der weitere Querträger mit dem Treibklotz resp. Fallhammer oder Rammbar in die Höhe nach oben gestossen, wodurch beispielsweise das Einsetzen eines weiteren Führungsteiles möglich wird. Beim Zurückziehen der hydraulischen Zylinder wird entsprechend der weitere Querträger zusammen mit dem Treibklotz resp. Fallhammer oder Rammbär nach unten gedrückt und die Bohr- resp. Mess-Sonde weiter ins Erdreich getrieben. Das Vorantreiben der Mess- oder Bohrsonde im Erdreich erfolgt dabei im wesentlichen kontinuierlich, wobei die an den hydraulischen Zylindern wirkende Kraft, je nach Beschaffenheit des Untergrundes, gewählt wird.
Damit am weiteren Querträger ein Treibklotz resp. Fallhammer oder Rammbär je nach Erfordernissen eingesetzt resp. ausgewechselt werden kann, ist dieser vorzugsweise lösbar mit dem weiteren Querträger verbunden.
Wie oben erwähnt, erstreckt sich der Treibklotz, Fallhammer oder Rammbär vorzugsweise durch eine Führungsöffnung, welche mittig im einen Querträger angeordnet ist, um damit eine ausreichende Führung des Fallhammers sicherzustellen. Um eine möglichst niedrige Gleitreibung in dieser Führungsöffnung sicherzustellen, und damit um Materialabrieb am Treibklotz, Fallhammer oder Rammbär zu vermeiden, wird weiter vorgeschlagen, dass in der Führungsöffnung im einen Querträger mindestens eine Gleitschicht angeordnet ist, welche aus einem hochabriebfesten Kunststoff mit hoher Temperaturfestigkeit besteht. Vorzugsweise wird dafür ein Polyamid, wie beispielsweise Polyamid 6 oder 66 oder ein Polyäthylenterreftalat (PETP) verwendet, wobei selbstverständlich auch irgendein anderer Kunststoff oder ein anderes Material verwendet werden kann, das hohe Verschleissfestigkeit bei Abrieb aufweist.
Falls ein weiteres, kontinuierliches Vorantreiben der Bohr- resp. Mess-Sonde mittels der hydraulischen Zylinder in den Vertikalträgern nicht mehr möglich ist, beispielsweise da der Untergrund zu starken Widerstand leistet, wird die Sonde, wie im Schweizer Patent Nr. 465 512 beschrieben, anschliessend sogenannt dynamisch vorangetrieben, indem der Fallhammer resp. Rammbär schlagartig gegen das oberste Führungsteil getrieben wird. Für dieses schlagartige Betätigen des Fallhammers; resp. Rammbärs umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Schlagwerkeinrichtung, welche mindestens an zwei entgegengesetzten Seiten des Fallhammers, resp. Rammbärs je eine rollenartige, je eine im wesentlichen horizontale Drehachse aufweisende Walze aufweist, mit zwei sich in Längsrichtung resp.
Drehachsrichtung der Walze erstreckenden Oberflächenabschnitten mit unterschiedlichem Radius; wobei der grössere Radius des einen Oberflächenabschnittes derart ausgebildet ist, dass die Walze satt und rollreibend am Rammbär resp. Fallhammer angreift und bei Rotation der Walze diesen nach oben resp. unten bewegt. Der kleinere Radius des anderen Oberflächenabschnittes ist derart ausgebildet, dass der Fallhammer resp. Rammbär die Walzenoberfläche nicht berührt. Bei Rotation der rollenartigen Walzen derart, dass sie sich innerhalb dem, dem Rammbär resp. Fallhammer zugewandten Umfangssegment nach oben bewegen, wird der Rammbär resp. Fallhammer immer dann nach oben bewegt, wenn die Walzen diesen mit demjenigen Oberflächenabschnitt berühren, welcher den grösseren Radius aufweist.
Bei fortschreitender Rotation wird der Oberflächenabschnitt mit grösserem Radius durch den Oberflächenabschnitt mit kleinerem Radius abgelöst, womit der Fallhammer, resp. Rammbär nicht mehr durch die Walze berührt wird und entlang derselben nach unten fällt. Aufgrund des hohen Gewichtes des Fallhammers oder Rammbärs von bis zu 1 Tonne und einer Fallhöhe von 1 Meter oder mehr entsteht beim Auftreffen des Fallhammers resp. Rammbärs auf dem obersten Führungsteil eine entsprechend hohe Schlagkraft, mittels welcher die Mess- resp. Bohrsonde ins Erdreich vorangetrieben wird.
Die für die erfindungsgemässe Vorrichtung geeignete Schlagwerkeinrichtung eignet sich grundsätzlich für alle Geräte, wo ein dem Fallhammer oder Rammbär ähnlicher Gegenstand für die geschilderten Schlagvorgänge nach oben zu treiben ist. Vorzugsweise weist eine derartige Schlagwerkeinrichtung mindestens zwei Walzen auf, die symmetrisch in bezug zum Fallhammer resp. Rammbär angeordnet ausgebildet sind, resp. symmetrisch zu diesem rotieren.
Die Hub- resp. Fallhöhe des Fallhammers, resp. Rammbärs kann durch die Grösse des Umfangssegmentes des Oberflächenabschnittes mit dem grösseren Radius, resp. die Kontaktstrecke bei Rotation der Walze eingestellt werden, und die Hub- resp. Fallfrequenz kann durch die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen eingestellt werden.
Anstelle einer Walze mit zwei Oberflächenabschnitten unterschiedlichen Radius kann auch eine Walze gewählt werden, welche aus einem gleichmässigen, rollenartigen Körper mit gleichbleibendem Radius gefertigt ist. Die Oberfläche mit grösserem Radius wird dann derart erzeugt, indem eine der Oberfläche des rollenartigen Körpers angepasste, gekrümmte Platte angeordnet wird, welche sich vorzugsweise entlang der Länge des rollenartigen Körpers und über ein Kreissegment in Umfangrichtung erstreckt, um so die Oberfläche mit grösserem Radius zu bilden. Die gekrümmte Platte kann wieder lösbar mit Befestigungsmitteln, wie beispielsweise mit Schrauben oder Stiften an der Rolle befestigt werden.
Die Oberfläche dieser gekrümmten Platte ist vorzugsweise aufgerauht oder perforiert, um eine bessere Haftung am Fallhammer resp. Rammbär zu gewährleisten.
Die erfindungsgemässen beschriebenen Vorrichtungen eignen sich insbesondere für die Montage aut einem Lastkraftwagen (LKW), wobei der Arbeitsraum im Bereich des Bohrloches im wesentlichen nahezu im Bereich des Schwerpunktes des LKW's anzuordnen ist, und wobei das Gewicht des LKW's zusammen mit derienigen der Vorrichtung in etwa der maximal zulässigen Druck- oder Zugkraft der hydraulischen Zylinder für das Vorantreiben der Bohrstangen entsprechen sollte. Falls die Zug- resp. Druckkraft der hydraulischen Zylinder grösser ist als das Gesamtgewicht, können gravierende Beschädigungen am LKW entstehen. Allerdings kann durch ausgefahrene seitliche hydraulische Stützen, durch Anbringen von Keilen oder durch grössere Belastrung der Ladebrücke bis zur maximal zulässigen Belastung des LKW's die zulässige Druck- resp. Zugkraft der Zylinder weiter gesteigert werden.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Halten, Führen und Vorantreiben von Bohrstangen und Mess-Sonden mittels einer vorab beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtung. Beim Bohren, Messen, resp. Vorantreiben der Stangen, der Sonde resp. der Führungsteile wird die verschiebbare Partie des Gerüstes resp. Tragwerkes der erfindungsgemässen Vorrichtung im Arbeitsraum im Bereich oberhalb des Bohrloches angeordnet, um mittels der Antriebsmittel das Vorantreiben zu bewerkstelligen. Beim Auswechseln oder Montieren weiterer Führungsteile resp. Bohrstangen wird die verschiebbare Partie auf der ortsfesten Partie derart entlang der Gleit- resp. Führungsschienen verschoben, dass der Arbeitsraum oberhalb des Bohrloches zur Ausführung der erwähnten Tätigkeiten frei wird.
Die vorab beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtungen eignen sich insbesondere für die Ausführung von Mess-Son dierungen oder Probebohrungen zum Erfassen eines Untergrundes.
Der eigentliche Bohr- resp. Sondiervorgang ist ausführlich im Schweizer Patent Nr. 465 512 beschrieben, in welchem auch die für die Messung notwendigen Messinstrumente resp. Verfahren eingehend beschrieben sind, sowie auch die für das Betätigen der hydraulischen Zylinder resp. des Fallhammers notwendigen Antriebsaggregate, wie beispielsweise Kompressoren, Antriebsmotoren, usw.
Die oben beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtungen eignen sich für irgendwelche Bohr- oder Vortriebsvorgänge, wo eine Bohrstange ins Erdreich oder einen Untergrund zu treiben oder voranzutreiben ist.
Die Erfindung wird nun anschliessend anhand von Beispielen und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 in Frontperspektive eine erfindungsgemässe Vorrichtung,
Fig. 2 die erfindungsgemässe Vorrichtung von vorne,
Fig. 3 die erfindungsgemässe Vorrichtung von der Seite mit ausgefahrenem Fallhammer,
Fig. 4 die erfindungsgemässe Vorrichtung in Seitenansicht mit freiem Arbeitsraum,
Fig. 5 die erfindungsgemässe Vorrichtung in Seitenansicht mit eingezogenem Fallhammer,
Fig. 6 die Schlagwerkeinrichtung in Perspektive von unten gesehen, und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Schlagwerkeinrichtung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt in Perspektive von vorne gesehen eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Auf einem ortsfesten Tragrahmen, bestehend aus Querstreben 1 und seitlichen Gleitschienen 2 sind vier Vertikalträger 3 angeordnet, wobei je zwei Träger 3 quasi eine gemeinsame Stütze bilden. Die Querträger 3 sind an ihren oberen Enden durch eine Querstrebe 4 miteinander verbunden.
Die Vertikalträger 3 sind einerseits seitlich auf den Gleitschienen 2 abgestützt und anderseits auf Führungsschienen 6 angeordnet, entlang welchen sie bewegbar gelagert sind. In der in Fig. 1 gezeigten Position befinden sich die Vertikalträger in der sogenannten Arbeitsstellen, d.h. im Bereich des Arbeitsraumes über dem Bohrloch.
In je zwei Vertikalträgern 3 mittig angeordnet ist je ein hydraulisch betätigbarer Zylinder 19, welcher je oben ausfahrbar ein zylinderartiges Gleitelement 9 aufweist, wobei die beiden Gleitelemente ihrerseits an den oberen Enden durch eine weitere Querstrebe 5 verbunden sind. Mittig in dieser Querstrebe 5 in einer \ffnung 18 ist ein Fallhammer oder Fallbär 11 angeordnet, welcher sich abwärts durch eine Führungsöffnung 16 in der einen Querstrebe 4 hindurch erstreckt. Der Fallhammer 11 ist in der weiteren Querstrebe 5 mittels zweier Bolzen 10 fest angeordnet.
Der Vollständigkeit halber schematisch dargestellt ist ein hydraulisches Antriebssystem 13, welches seitlich zur erfindungsgemässen Vorrichtung angeordnet ist. Das hydraulische Antriebssystem umfasst eine Kontrolltafel/Steuerung mit entsprechenden Manometern 14, sowie Steuergriffen 15, zum Antreiben und Steuern der verschiedenen Antriebsmitteln resp. hydraulischer Zylinder in der erfindungsgemässen Vorrichtung. Auf die Steuerung resp. die Antriebe der diversen Antriebsmittel an der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 1 wird verzichtet, da sie ja aus dem Schweizer Patent 465 512 bestens bekannt sind.
Beim Bohrvorgang, resp. dem Mess-Sondieren werden nun Bohrstangen resp. Führungsteile 20 mittels dem Treibklotz resp. Fallhammer 12 kontinuierlich ins Erdreich getrieben, indem der Fallhammer 11 durch Zurückziehen der Querstrebe 5 mittels der hydraulischen Zylinder 19 nach unten gedrückt wird. Sobald ein Segment der Führungsteile 20 derart ins Erdreich eingedrückt worden ist, dass die weitere Querstrebe 5 auf der einen Querstrebe 4 zu liegen kommt, wird der Fallhammer 11 etwas nach oben ausgelenkt, und der verschiebbare Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung entlang der Führungsschienen 6 nach hinten verschoben, und zwar derart, dass die Vertikalträger 3 an der hinteren Querstrebe 1 anliegen.
Nun ist der Arbeitsraum über dem Bohrloch, resp. über dem oberen Ende des obersten Führungsteiles 20 frei, so dass ein weiteres Führungsteil 20 resp. eine weitere Bohrstange aufgesetzt., resp. montiert werden kann. Diese Montage ist ein sehr sicherer Vorgang, da die Vorantriebsmittel (d.h. die hydraulischen Zylinder 19) und der Fallhammer 11 nicht, wie bis anhin, mittels einer kranähnlichen Vorrichtung abgehoben werden müssen, resp. weggeschwenkt werden müssen. Sobald die neue Bohrstange resp. das neue Führungsteil 20 aufgesetzt ist, wird die verschiebbare Partie der Vorrichtung wieder nach vorne in den Arbeitsraum über dem Bohrloch gefahren, wobei der Fallhammer 11 derart nach oben auszulenken ist, dass dessen unteres Ende etwas oberhalb dem oberen Ende des obersten Führungsteiles 20 zu liegen kommt. Nun kann der Bohrvorgang fortgesetzt werden.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung von vorne schematisch dargestellt. In Ergänzung zu Fig. 1 sind weiter Betätigungsmittel angedeutet, welche für die Verschiebung des verschiebbaren Teils der Vorrichtung verantwortlich sind. Diese bestehen aus hydraulischen Zylindern 7, welche mittig je ein bewegliches, ausfahrbares Teil 8 umfassen, für die Hin- und Herbewegung des Vertikalträger 3 entlang der Führungsschiene 6. Ebenfalls dargestellt ist in Fig. 2 eine Schlagwerkeinrichtung 12, auf welche später unter Bezug auf die Fig. 6 und 7 eingegangen wird.
Die Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist beispielsweise auf einem LKW angeordnet, welcher nur andeutungsweise durch die Referenzzahl 41 charakterisiert ist. Mittig auf einer Ladebrücke 41a des LKW's 41 erstreckt sich durch eine lochartige \ffnung 43 das oberste Führungsteil 20 der Bohrvorrichtung, die sich durch das Bohrloch 44 ins Erdreich erstreckt.
In Fig. 3 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung von der Seite dargestellt, wobei der Fallhammer 11 im wesentlichen in oben ausgefahrener Position dargestellt ist. Wiederum ist die Vorrichtung auf einem LKW 41 angeordnet, wobei in Seitenansicht, beispielsweise schematisch dargestellt, ein Rad 42 des LKW's sichtbar ist.
Falls nun die Bohrung derart weit fortgeschritten ist, dass ein neues Führungsteil 20 aufzusetzen ist, wird, wie in Fig. 4 dargestellt, der verschiebbare Teil nach hinten, resp. nach links entlang der Gleitschienen 2 resp. der Führungsschienen 6 verschoben. Damit ist nun der Arbeitsraum über dem Bohrloch 44 frei, so dass ein neues Führungselement 20 leicht zugänglich aufgesetzt werden kann. Beim erneuten Verschieben der verschiebbaren Partie der erfindungsgemässen Vorrichtung, muss, wie in Fig. 4 dargestellt, der Fallhammer 11 vollständig nach oben ausgefahren werden, damit dessen unteres Ende oberhalb des oberen Endes der obersten Führungsstange 20 zu liegen kommt.
Falls nun die Bohrung resp. Mess-Sondierung abgeschlossen ist, wird der Fallhammer 11, wie in Fig. 5 dargestellt, vollständig nach unten gezogen, womit die erfindungsgemässe Vorrichtung relativ kompakt ist und einen relativ tiefen Schwerpunkt aufweist. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die erfindungsgemässe Vorrichtung, resp. das Gerüst oder Tragwerk für die Mess-Sondierung mit einem LKW zu transportieren, ohne dass dieses demontiert werden muss. Entsprechend ist es also möglich, beim in Positionbringen einer erfindungsgemässen Vorrichtung, sofort mit der Messbohrung resp. Bodensondierung zu beginnen. Analog kann nach Beendigung der Sondierung resp. Bohrung der LKW den Standort verlassen, ohne dass zeitaufwendige Montage- resp. Demontagearbeiten auszuführen sind.
Durch die dargestellte nach unten gezogene Position weist die Vorrichtung einerseits eine stark reduzierte Höhe auf, womit ein LKW aufgrund höchst zugelassener Höhe problemlos auf Strassen zirkulieren kann und auch ist der Schwerpunkt bevorzugt relativ tief.
In den Fig. 6 und 7 ist nun weiter die erfindungsgemäss beschriebene Schlagwerkeinrichtung dargestellt.
Fig. 6 zeigt von unten in Perspektive die erfindungsgemässe Schlagwerkeinrichtung, bestehend aus zwei Walzen 30, welche um eine Achse 31 rotieren. Zueinander symmetrisch sind auf den beiden Walzen 30 je eine gekrümmte Platte 32 angeordnet, welche sich je über ein gleiches Kreissegment der Walze 30 erstrecken. Die gekrümmten Platten 32 sind mittels Schrauben 33 an den Walzen 30 befestigt. Die Schlagwerkeinrichtung 12 gemäss Fig. 6 ist im Bereich des einen Querträgers 4 derart angeordnet, dass je eine Walze 30 an einer entgegengesetzten Seite der Führungsöffnung 16 im Querträger 4 zu liegen kommt. Ebenfalls in Fig. 6 sichtbar ist eine Gleitschicht 16a, auf welcher gleitend der Fallhammer 11 anzuordnen ist, wobei dieser aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 6 nicht eingesetzt ist.
In Fig. 7 ist die Schlagwerkvorrichtung im Längsschnitt schematisch dargestellt, wobei sie wiederum im Bereich der Führungsöffnung 16 der Querstrebe 4 angeordnet sind. Auf den beiden seitlichen Walzen 30 mit einem Radius R2 sind die beiden gekrümmten Platten 32 angeordnet, welche zusammen mit dem Walzenradius einen grösseren Radius R1 ergeben.
Die Funktionsweise der erfindungsgemässen, automatischen Schlagwerkvorrichtung 12 ist die folgende:
Bei Rotation der Walzen 30 in Pfeilrichtung wird der Fallhammer 11 nach oben getrieben, solange er in Kontakt ist mit der Oberfläche der gekrümmten Platten 32. Sobald die Rotation der Walzen 30 soweit fortgeschritten ist, dass die Partie der Walze 30 mit dem Radius R2 gegen den Fallhammer 11 gerichtet ist, so fällt dieser zwischen den beiden Walzen 30 hindurch auf die obere Oberfläche des obersten Führungsteiles 20 hinunter. Sobald die Platte 32 wieder in Kontakt mit der Oberfläche des Fallhammers 11 kommt, wird dieser wieder nach oben getrieben. Durch die Grösse der gekrümmten Platte 32, sowie die Rotationsge schwindigkeit der Walze 20 kann sowohl die Fallhöhe wie auch die Fallfrequenz des Fallhammers 11 eingestellt werden.
Das automatische Schlagwerk wird immer dann betrieben, wenn ein kontinuierliches Vorantreiben der Bohr- resp. Mess-Sonde im Untergrund nicht mehr möglich ist, beispielsweise infolge zu starken Gegendruckes durch den Untergrund.
Die in den Fig. 1-7 dargestellten, erfindungsgemässen Vorrichtungen und Einrichtungen können in x-beliebiger Art und Weise abgeändert und modifiziert werden, wesentlich dabei ist, dass der Antriebsmechanismus für das Vorantreiben der Bohr- oder Mess-Sonde im Untergrund derart verschiebbar angeordnet ist, dass der Arbeitsraum über dem Bohrloch jederzeit zugänglich gemacht werden kann, beispielsweise für das Auswechseln oder Montieren von Bohrstangen und Führungsteilen.
The present invention relates to a device for holding, guiding and driving boring bars and measuring probes essentially comprising a supporting structure arranged largely above a surface of the terrain, as well as drive means for driving or pulling the rods and probes into or out of the ground; with a striking mechanism for such a device, with a method according to the preamble of claim 15, with a truck with such a device, and with the use of this device.
Drilling or measuring probes, respectively. The boring bars required for guiding these probes into the ground, as well as guide parts, are driven by drive means such as hydraulic pressure or pull cylinders, drop devices, e.g. a so-called monkey, or rotation mechanisms driven into the ground. Both these drive mechanisms and the corresponding guide elements are in or on a scaffold or structure above the surface of the terrain, respectively. of the soil is arranged substantially above the corresponding borehole.
Particularly in the case of non-stationary drilling or measuring and probing systems, e.g. must be easy to install or are mounted on a truck, there is the problem of easy access to the borehole or. exposing the work area at the borehole for replacing or installing boring bars, guide parts, etc. as the probes progressively penetrate into the ground.
This problem of accessibility exists in particular in the case of drilling rigs with hydraulic, continuous propelling devices and / or impact mechanisms, since the corresponding scaffolding or supporting structures are heavy and bulky. The solution today is that the propelling or striking mechanism is lifted from the work area or swung away by appropriate lifting devices. But due to the great weight of the devices to be swung away, these lifting devices additionally lead to the fact that the entire scaffold, respectively. Structure becomes even more cumbersome and bulky, so that the scaffold can hardly find space on a truck, for example. must be dismantled before the truck continues. Also by swiveling the propulsion resp.
Fall mechanism of the advance of the boring bars, respectively. the drilling process is interrupted for an unnecessarily long time, which is very undesirable, especially with measuring probes, since these should be able to be carried out within short periods of time. The lifting or Swiveling away the drive means together with the monkey, respectively. Rammbär a great danger in itself, because lifting large weights with relatively unstable, not firmly mounted scaffolding or supporting structure parts, respectively. are to be swung away.
It is therefore an object of the present invention to provide a device by means of which the working space in the area of the borehole can be cleared quickly and easily, so that boring bars can be exchanged or further guide parts can be installed and the further advancement of drilling or measuring probes, respectively . which can now be continued on the inserted guide parts without a long interruption in work.
According to the invention, this object is achieved by means of a device according to the wording according to claim 1.
The stationary part preferably has at least one resp. two slide or guide rails on or on which the displaceable part is arranged so that the drive means in a work area in the area above the borehole or outside this area, respectively. of the work space can be arranged. The displacement between the two positions mentioned is preferably carried out by means of hydraulically or mechanically actuated displacement means, such as, for example, by means of hydraulic cylinders.
It is further proposed that the displaceable section comprises at least two vertical beams with at least one cross beam connecting them in the area of the upper ends of the vertical beams, the vertical beams being arranged so as to be displaceable along the slide rails essentially perpendicular to them. The vertical beams thus form a goal frame-like structure together with the cross beam; which on the fixed part along the slide or guide rails in the resp. can be moved out of the work area.
This displaceable, goal-frame-like structure comprises the drive means, which consist of hydraulic or mechanically actuable cylinder-like sliding elements, each of which can be extended on or in the vertical supports, and extendable from these from the upper ends, which in turn are connected at the upper ends by means of a further cross member. Attached to this further cross member, in the middle between the sliding elements, respectively. the vertical beams arranged, a driving block, respectively. Monkey or battering bear, which is essentially parallel to the sliding elements from the center of the further cross member. extends the vertical supports longitudinally, and slidably extends through a guide opening in the middle through the one cross member.
The cylindrical sliding elements, preferably two of which are provided, are extended, respectively by means of hydraulic cylinders arranged in or on the vertical supports. retracted into the vertical beams. These cylinders preferably each have a pressure or Tractive force of up to 20 tons, which is a total of 40 l DEG pressure resp. Tensile force results.
By actuating these hydraulic cylinders, the drilling or measuring probes are advanced in a known manner, as described in detail, for example, in Swiss Patent No. 465,512. When extending the hydraulic cylinder, the further cross member with the driving block resp. Monkey or rammable pushed upwards, making it possible, for example, to insert another guide part. When retracting the hydraulic cylinder, the other cross member together with the driving block respectively. Monkey or battering bear pressed down and the drilling or. Measuring probe driven further into the earth. The driving of the measuring or drilling probe in the ground takes place essentially continuously, the force acting on the hydraulic cylinders being selected depending on the nature of the subsurface.
So that on the other cross member a driving block resp. Monkey or battering ram used depending on requirements. can be replaced, this is preferably detachably connected to the further cross member.
As mentioned above, the driving block, monkey or battering bear preferably extends through a guide opening which is arranged centrally in a cross member in order to ensure adequate guiding of the monkey. In order to ensure the lowest possible sliding friction in this guide opening and thus to avoid material abrasion on the driving block, monkey or ram, it is further proposed that at least one sliding layer is arranged in the guide opening in a cross member, which consists of a highly abrasion-resistant plastic with high temperature resistance. A polyamide, such as polyamide 6 or 66 or a polyethylene terephthalate (PETP) is preferably used for this, although it is of course also possible to use any other plastic or another material which has high wear resistance when worn.
If a further, continuous advancement of the drilling or. Measuring probe by means of the hydraulic cylinders in the vertical supports is no longer possible, for example because the surface provides too much resistance, the probe is then dynamically driven, as described in Swiss Patent No. 465 512, by the monkey or Rammbär is suddenly driven against the top guide part. For this sudden actuation of the monkey; resp. Rammbärs the device preferably comprises a striking mechanism, which at least on two opposite sides of the monkey, respectively. Rammbärs each have a roll-like, each having an essentially horizontal axis of rotation, with two in the longitudinal direction, respectively.
Surface sections with different radius extending in the direction of rotation of the roller; wherein the larger radius of one surface section is designed such that the roller is full and rolling on the ram, respectively. Monkey attacks and when the roller rotates it upwards or. moved down. The smaller radius of the other surface section is designed such that the monkey, respectively. Rammbär does not touch the roller surface. When the roller-like rollers rotate in such a way that they are located within the ram bear, respectively. Moving the monkey facing circumferential segment upwards, the Rammbär resp. Monkey always moves upwards when the rollers touch it with the surface section that has the larger radius.
As the rotation progresses, the surface section with a larger radius is replaced by the surface section with a smaller radius, with which the monkey, respectively. Ram bear is no longer touched by the roller and falls down along it. Due to the high weight of the monkey or ram bear of up to 1 ton and a fall height of 1 meter or more, the impact of the monkey resp. Rammbärs on the top guide part has a correspondingly high impact, by means of which the measuring or Drilling probe is driven into the ground.
The percussion mechanism device suitable for the device according to the invention is basically suitable for all devices where an object similar to the monkey or battering ram is to be driven upwards for the described striking processes. Such a striking mechanism preferably has at least two rollers which are symmetrical with respect to the monkey, respectively. Rammbär are arranged, respectively. rotate symmetrically to this.
The lifting resp. Fall height of the drop hammer, resp. Rammbärs can by the size of the peripheral segment of the surface section with the larger radius, respectively. the contact distance can be set when the roller rotates, and the lifting or. Fall frequency can be adjusted by the rotation speed of the rollers.
Instead of a roller with two surface sections of different radius, it is also possible to choose a roller which is made from a uniform, roll-like body with a constant radius. The surface with a larger radius is then produced in such a way that a curved plate adapted to the surface of the roller-like body is arranged, which preferably extends along the length of the roller-like body and over a segment of a circle in the circumferential direction, so as to form the surface with a larger radius . The curved plate can be releasably fastened to the roller using fastening means, such as, for example, screws or pins.
The surface of this curved plate is preferably roughened or perforated, for better adhesion to the monkey resp. Rammbär to ensure.
The devices described according to the invention are particularly suitable for mounting on a truck (truck), the working space in the region of the borehole being essentially to be arranged almost in the area of the center of gravity of the truck, and the weight of the truck together with that of the device being approximately the same maximum permissible pressure or tensile force of the hydraulic cylinders for driving the boring bars should correspond. If the train or If the pressure of the hydraulic cylinders is greater than the total weight, serious damage to the truck can occur. However, by extending the lateral hydraulic supports, by fitting wedges or by loading the loading bridge up to the maximum permissible load on the truck, the permissible pressure or Tensile force of the cylinders can be further increased.
Also proposed is a method for holding, guiding and driving boring bars and measuring probes by means of a device according to the invention described above. When drilling, measuring, resp. Advance the rods, the probe or. of the guide parts, the movable part of the scaffold, respectively. Support structure of the device according to the invention arranged in the work area in the area above the borehole in order to accomplish the propulsion by means of the drive means. When replacing or installing other guide parts or. Boring bars, the displaceable part on the fixed part along the sliding or. Guide rails shifted so that the work area above the borehole is free to perform the aforementioned activities.
The above-described devices according to the invention are particularly suitable for the execution of measuring son dations or test bores for detecting a substrate.
The actual drilling or The probing process is described in detail in Swiss Patent No. 465 512, which also includes the measuring instruments and / or measuring instruments required for the measurement. Procedures are described in detail, as well as those for the actuation of the hydraulic cylinders respectively. of the monkey necessary drive units, such as compressors, drive motors, etc.
The devices according to the invention described above are suitable for any drilling or driving operations where a boring bar has to be driven or driven into the ground or a subsoil.
The invention will now be explained in more detail by means of examples and with reference to the accompanying figures. Show:
1 is a front perspective of a device according to the invention,
2 the device according to the invention from the front,
3 shows the device according to the invention from the side with the monkey extended,
4 shows the device according to the invention in a side view with a free working space,
5 shows the device according to the invention in a side view with the monkey retracted,
Fig. 6 seen the striking mechanism in perspective from below, and
Fig. 7 schematically shows a longitudinal section through the striking mechanism.
1 shows a device according to the invention seen in perspective from the front.
Four vertical beams 3 are arranged on a stationary support frame, consisting of cross struts 1 and lateral slide rails 2, two beams 3 each forming a common support. The cross members 3 are connected to one another at their upper ends by a cross strut 4.
The vertical supports 3 are supported on the one hand laterally on the slide rails 2 and on the other hand arranged on guide rails 6, along which they are movably mounted. In the position shown in Fig. 1, the vertical beams are in the so-called work places, i.e. in the area of the work area above the borehole.
A hydraulically actuable cylinder 19 is arranged centrally in each of two vertical supports 3 and each has a cylinder-like sliding element 9, which can be extended at the top, the two sliding elements in turn being connected at the upper ends by a further cross strut 5. A monkey or fall bear 11 is arranged in the center of this cross strut 5 in an opening 18 and extends downwards through a guide opening 16 in the one cross strut 4. The monkey 11 is fixed in the further cross strut 5 by means of two bolts 10.
For the sake of completeness, a hydraulic drive system 13 is shown, which is arranged at the side of the device according to the invention. The hydraulic drive system comprises a control panel / control with corresponding pressure gauges 14 and control handles 15 for driving and controlling the various drive means, respectively. hydraulic cylinder in the device according to the invention. On the control resp. The drives of the various drive means on the device according to the invention according to FIG. 1 are dispensed with, since they are well known from Swiss Patent 465 512.
During the drilling process, respectively. the measuring probing are now boring bars respectively. Guide parts 20 by means of the driving block respectively. Monkey 12 continuously driven into the ground by pressing the monkey 11 downwards by retracting the cross strut 5 by means of the hydraulic cylinders 19. As soon as a segment of the guide parts 20 has been pressed into the ground in such a way that the further cross strut 5 comes to lie on the one cross strut 4, the drop hammer 11 is deflected somewhat upwards and the displaceable part of the device according to the invention is displaced backwards along the guide rails 6 , in such a way that the vertical beams 3 rest on the rear cross strut 1.
Now the working area is above the borehole, respectively. over the upper end of the top guide part 20 free, so that a further guide part 20, respectively. placed another boring bar., respectively. can be assembled. This assembly is a very safe operation since the propulsion means (i.e. the hydraulic cylinders 19) and the monkey 11 do not have to be lifted by means of a crane-like device, as has been the case until now, respectively. have to be swung away. As soon as the new boring bar. the new guide part 20 is placed, the displaceable part of the device is moved forward again into the working space above the borehole, the monkey 11 being deflected upwards in such a way that its lower end comes to lie somewhat above the upper end of the uppermost guide part 20 . Now the drilling process can be continued.
2, the device according to the invention is shown schematically from the front. In addition to FIG. 1, actuating means are also indicated which are responsible for the displacement of the displaceable part of the device. These consist of hydraulic cylinders 7, each of which comprises a movable, extendable part 8 in the middle, for the back and forth movement of the vertical support 3 along the guide rail 6. Also shown in FIG. 2 is a striking mechanism device 12, which will be referred to later with reference to FIG 6 and 7 is discussed.
The device, as shown in FIG. 2, is arranged, for example, on a truck, which is only indicated by the reference number 41. In the middle of a loading bridge 41a of the truck 41, the uppermost guide part 20 of the drilling device extends through a hole-like opening 43 and extends through the borehole 44 into the ground.
3 shows the device according to the invention from the side, the monkey 11 being shown essentially in the extended position. The device is again arranged on a truck 41, a wheel 42 of the truck being visible in a side view, for example shown schematically.
If the drilling has now progressed to such an extent that a new guide part 20 is to be fitted, the displaceable part is moved backwards, as shown in FIG. to the left along the slide rails 2 respectively. the guide rails 6 shifted. The working space above the borehole 44 is now free, so that a new guide element 20 can be placed in an easily accessible manner. When the displaceable part of the device according to the invention is moved again, the drop hammer 11 must be fully extended, as shown in FIG. 4, so that its lower end comes to rest above the upper end of the uppermost guide rod 20.
If the hole or. Measurement probing is completed, the drop hammer 11 is pulled completely downward, as shown in FIG. 5, whereby the device according to the invention is relatively compact and has a relatively low center of gravity. In this way, it is possible to the device according to the invention, respectively. to transport the scaffolding or supporting structure for the probing by truck without having to dismantle it. Accordingly, it is possible, when positioning a device according to the invention, immediately with the measuring bore or. To begin soil probing. Analogously, after the probing or Drilling the trucks leave the site without time-consuming assembly or Disassembly work must be carried out.
Due to the downward position shown, the device has on the one hand a greatly reduced height, with which a truck can easily circulate on roads due to the highest permitted height, and the center of gravity is preferably relatively low.
6 and 7, the striking mechanism device according to the invention is now shown.
6 shows, from below, in perspective the percussion mechanism device according to the invention, consisting of two rollers 30 which rotate about an axis 31. A curved plate 32 is arranged symmetrically to each other on the two rollers 30, each of which extends over the same circular segment of the roller 30. The curved plates 32 are fastened to the rollers 30 by means of screws 33. The striking mechanism device 12 according to FIG. 6 is arranged in the area of the one cross member 4 in such a way that one roller 30 comes to rest on an opposite side of the guide opening 16 in the cross member 4. Also visible in FIG. 6 is a sliding layer 16a on which the drop hammer 11 is to be slidably arranged, although this is not used in FIG. 6 for reasons of clarity.
In Fig. 7 the striking mechanism is schematically shown in longitudinal section, wherein they are in turn arranged in the region of the guide opening 16 of the cross strut 4. The two curved plates 32 are arranged on the two lateral rollers 30 with a radius R2, which together with the roller radius result in a larger radius R1.
The functioning of the automatic striking mechanism device 12 according to the invention is as follows:
When the rollers 30 rotate in the direction of the arrow, the drop hammer 11 is driven upwards as long as it is in contact with the surface of the curved plates 32. As soon as the rotation of the rollers 30 has progressed to such an extent that the portion of the roller 30 with the radius R2 against the Drop hammer 11 is directed, it falls between the two rollers 30 down onto the upper surface of the uppermost guide part 20. As soon as the plate 32 comes into contact with the surface of the drop hammer 11 again, it is driven upwards. Due to the size of the curved plate 32 and the rotational speed of the roller 20, both the drop height and the fall frequency of the drop hammer 11 can be adjusted.
The automatic striking mechanism is always operated when the drilling or. Measuring probe in the underground is no longer possible, for example due to excessive back pressure through the underground.
The devices and devices according to the invention shown in FIGS. 1-7 can be modified and modified in any way, it is essential that the drive mechanism for driving the drilling or measuring probe is arranged so as to be displaceable in the underground that the work space above the borehole can be made accessible at any time, for example for replacing or installing boring bars and guide parts.