DE10005475A1 - Bohrvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Bohrvorrichtung weist ein Innengestänge (10) mit Tieflochhammer (13) und ein Außengestänge (17) auf. Für beide Gestänge (10, 17) ist eine gemeinsame Drehvorrichtung (29) vorhanden, die die Gestänge synchron antreibt. Das Außengestänge (17) wird über ein eigenes Antriebsrad (26) angetrieben und das Innengestänge (10) ebenfalls über ein eigenes Antriebsrad (34). Jedes der Antriebsräder ist Bestandteil eines Getriebes (28, 33). Das eine Getriebe (33) kann in Längsrichtung durch eine Vorschubvorrichtung (50) verschoben werden, um das Innengestänge (10) relativ zum Außengestänge (17) zu verschieben.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem
Innengestänge und einem hohlen Außengestänge.
Beim Überlagerungsbohren werden das Außengestänge und das
Innengestänge jeweils von einer eigenen Drehvorrichtung
gedreht. Außerdem ist eine Schlageinrichtung vorgesehen, die
Schläge auf das rückwärtige Ende des Innengestänges ausübt.
Eine solche Überlagerungsbohrvorrichtung ist in DE 35 03 893 C1
beschrieben. Da das Innengestänge und das Außengestänge von
eigenen Drehvorrichtungen angetrieben werden, können beide
Gestänge mit unterschiedlichen Drehrichtungen und/oder
unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden. Die Schläge,
die auf das Innengestänge ausgeübt werden, kommen insbesondere
bei großen Bohrlochtiefen nur gedämpft an der Bohrlochsohle an.
Außerdem unterliegt das Innengestänge aufgrund der hohen
Beanspruchung einem starken Verschleiß. Das Bohrgerät ist wegen
der beiden separaten Drehvorrichtungen, die auf einer Lafette
relativ zueinander verschiebbar sein müssen, aufwendig und von
großem Gewicht.
In EP 0 565 662 B1 ist eine Bohrvorrichtung zum
Überlagerungsbohren beschrieben, bei der das Innengestänge und
das Außengestänge am rückwärtigen Ende durch ein Kopfstück
verbunden sind, welches eine Dämpfungseinrichtung enthält. Am
Innengestänge ist ein Tieflochhammer vorgesehen. Da beide
Gestänge rotatorisch miteinander verbunden sind, können sie
jeweils nur in gleicher Richtung und mit gleicher Drehzahl
betrieben werden. Üblicherweise sind die Gewindestangen von
Innengestängen mit Rechtsgewinde versehen und diejenigen von
Außengestängen mit Linksgewinde. Wenn verhindert werden soll,
dass eines der Gestänge sich losdreht, müssen die Gestänge mit
Gewinden einheitlicher Orientierung versehen werden. Es lassen
sich also nicht die üblichen Bohrstangen verwenden. Ferner ist
es in der Regel erwünscht, das Innengestänge schneller zu
drehen als das Außengestänge. Dies liegt daran, dass das
Außengestänge einer hohen Reibung an der Bohrlochwand
unterliegt und mit hohem Drehmoment und entsprechend geringer
Drehzahl gedreht werden soll. Das Innengestänge braucht dagegen
nur den Drehwiderstand der Bohrkrone an der Bohrlochsohle zu
überwinden und sollte zur Erzielung eines hohen Bohrvorschubes
mit höherer Drehzahl angetrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung
mit Innengestänge und Außengestänge zu schaffen, die
kleinformatig und leichtgewichtig ist und mit geringen Kosten
ausgeführt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist eine
einzige Drehvorrichtung vorhanden, die sowohl das Antriebsrad
des Innengestänges als auch dasjenige des Außengestänges
antreibt. Beide Gestänge haben separate Antriebsräder, so dass
sie nicht direkt und fest miteinander gekoppelt sind. Vielmehr
erlauben die Antriebsräder es, beide Gestänge mit
unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben. Andererseits ist nur
eine einzige Drehvorrichtung vorhanden. Die Drehvorrichtung muß
nicht notwendigerweise aus einem einzigen Drehmotor bestehen,
sondern sie kann auch aus mehreren auf dasselbe Antriebsrad
parallel einwirkenden Drehmotoren bestehen. Wichtig ist nur,
dass dieselbe Drehvorrichtung primär auf das Antriebsrad des
einen Gestänges einwirkt, während ein Teil der Drehkraft über
eine Welle oder über eine andere Kraftübertragung auf das
Antriebsrad des anderen Gestänges übertragen wird. Da nur ein
einziger Drehantrieb benötigt wird, ist auch die Verschlauchung
relativ einfach. Es werden wenig Druckschläuche und Ventile
benötigt. Demnach ist die Bohrvorrichtung auch in hydraulischer
Hinsicht einfach und übersichtlich. Auch die Handhabung wird
vereinfacht
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treibt
die Drehvorrichtung beide Antriebsräder in entgegengesetzten
Drehrichtungen an. Hierbei kann das Innengestänge
beispielsweise in Rechtsdrehung betrieben werden, wodurch die
Möglichkeit besteht, einen handelsüblichen Tieflochhammer mit
Rechtsgewinde im Zuge des Innengestänges zu benutzen, während
das Außengestänge wie üblich mit Linksgewinde ausgeführt ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Drehvorrichtung beide
Antriebsräder mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibt. Dies
ist zweckmäßig, weil in der Regel der Außenstrang das höhere
Drehmoment zu überwinden hat. Um unterschiedliche Drehzahlen
anwählen zu können, kann ein Getriebe vorgesehen sein, das
entweder als Schaltgetriebe ausgeführt ist oder als
Wechselgetriebe, bei dem bestimmte Zahnräder ausgewechselt
werden können. Generell sollte die Drehzahl des Innengestänges
mindestes das Doppelte der Drehzahl des Außengestänges
betragen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stangen des
Innengestänges sich nicht lösen. Wenn im Zuge des
Innengestänges ein Tieflochhammer angeordnet ist, besteht die
Tendenz, dass die Schläge des Tieflochhammers bei zu geringer
Drehbelastung des Innengestänges dessen Bohrstangen lösen.
Dieser Gefahr kann mit einer hinreichend hohen Drehzahl
begegnet werden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, beide Gestänge in
gleicher Richtung anzutreiben, wobei das Innengestänge
schneller dreht. Dabei wird ein Lösen des Innengestänges
aufgrund der schnelleren Drehung vermieden.
Vorzugsweise ist jedes der Antriebsräder Bestandteil eines
Getriebes. Die beiden Getriebe können in Längsrichtung der
Gestänge relativ zueinander verschoben werden, um das vordere
Ende des Innengestänges in gewünschter Weise aus dem
Außengestänge vorstehen zu lassen. Durch ein gezieltes
Verschieben der Getriebe zueinander kann also das Maß des
Überstandes der am Innengestänge befestigten Bohrkrone über die
Ringbohrkrone des Außengestänges variiert werden. Dabei können
auch Längentoleranzen des Innen- und Außengestänges
ausgeglichen werden.
Das Getriebe des Innengestänges ist vorzugsweise in einem
Führungskäfig längsverschiebbar geführt. Die Bewegung wird von
einer auf das Innengestänge einwirkenden steuerbaren
Vorschubvorrichtung bewirkt. Diese Vorschubvorrichtung enthält
vorzugsweise eine Dämpfungsvorrichtung, um die durch einen im
Zuge des Innengestänges vorhandenen Tieflochhammer erzeugten
Stöße des Innengestänges abzufangen. Die Dämpfungsvorrichtung
verhindert, dass diese Stöße auf den Führungskäfig und die
diesen tragende Stützstruktur übertragen werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die
Bohrvorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1
und
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 1.
Die Bohrvorrichtung weist ein Innengestänge 10 aus hohlen
Bohrstangen 11 auf. Am vorderen Ende des Innengestänges 10
befindet sich eine Bohrkrone 12 und nahe der Bohrkrone ist ein
Tieflochhammer 13 vorgesehen, der Schläge auf die Bohrkrone 12
ausübt. Der Tieflochhammer 13 wird mit Druckluft betrieben, die
durch das hohle Innengestänge 10 zugeführt wird. Diese
Druckluft tritt an der Bohrkrone 12 aus und wird dazu benutzt,
das Bohrgut in dem Ringkanal zwischen Innengestänge und
Außengestänge rückzuspülen.
Das Innengestänge enthält ein Adapterrohr 14, das Bestandteil
eines Auswurfschutzes 15 ist, mit welchem das rückgespülte
Bohrgut ausgeworfen wird. Das Adapterrohr 14 ist mit einem zum
Innengestänge 10 gehörenden Innenrohr 16 verbunden. Das
Innenrohr 16 bildet das Drehantriebsrohr für das Innengestänge
und zugleich die Druckluftzufuhr.
Das Außengestänge 17 besteht aus miteinander verschraubten
Rohren 18, welche das Innengestänge 10 mit Abstand umgeben. Am
vorderen Ende des Außengestänges 17 befindet sich eine
Ringbohrkrone 19. In das Außengestänge ist der Auswurfschutz 15
eingeschraubt. Dieser weist ein Adapterrohr 20 mit einer
seitlichen Auswurföffnung 21 und einer umlaufenden
Auswurfglocke 22 auf. In dem Adapterrohr 20 ist das innere
Adapterrohr 14 drehbar gelagert.
Das Außengestänge 17 ist mit einem Einsteckende 23 verbunden,
auf welches der Kolben 24 eines Außenhammers 25 schlägt. Durch
das Einsteckende 23 und den Kolben 24 verläuft das Innenrohr 16
hindurch. Das Einsteckende 23 ist rotatorisch mit einem
Antriebsrad 26 gekoppelt. Das Antriebsrad 26 sitzt auf einer
Keilwelle 27 des Einsteckendes 23, so dass das Einsteckende 23
sich im Antriebsrad 26 axial verschieben kann. Das Antriebsrad
26 ist in einem Getriebe 28 gelagert. Es wird von einer
Drehvorrichtung 29 angetrieben, die hier aus zwei
Hydraulikmotoren 30 und 31 besteht, welche jeweils über ein mit
dem Antriebsrad 26 kämmendes Ritzel 32 das Antriebsrad
antreiben.
Ein zweites Getriebe 33 enthält ein Antriebsrad 34, welches mit
dem rückwärtigen Ende des Innenrohres 16 fest verbunden ist.
Dieses Antriebsrad 34 ist in dem Getriebe 33 gelagert und es
wird über eine Verbindungswelle 35 angetrieben. Die
Verbindungswelle 35 weist an einem Ende ein Ritzel 36 auf, das
mit dem Antriebsrad 26 kämmt, und am anderen Ende ein Ritzel
37, das mit einem Zwischenritzel 38 kämmt, welches seinerseits
mit dem Antriebsrad 34 kämmt. Das Zwischenritzel 38 dient dazu,
die Drehrichtung des Antriebsrades 34 gegenüber derjenigen des
Antriebsrades 38 umzukehren. Die Ritzel 37 und 38 sind in dem
Getriebe 33 untergebracht. Die Übertragungswelle 35 ist eine
teleskopisch ausziehbare Welle, deren beide Teile durch einen
Keilwellenabschnitt 39 miteinander verbunden sind.
Die Ritzel 36, 37, 38 bilden zusammen mit den Antriebsrädern
26, 34 ein Untersetzungsgetriebe, welches bewirkt, dass das
Antriebsrad 34 mit einer höheren Drehzahl rotiert als das
Antriebsrad 26.
Das Antriebsrad 34 enthält einen Druckluftkanal 40, der mit
einem Druckluftanschluß 41 einer Glocke 42 verbunden ist. Die
Glocke 42 ist feststehend und in ihr dreht sich das Antriebsrad
34. An den Druckluftanschluß 41 wird die Druckluftversorgung
für den Tieflochhammer 13 angeschlossen.
Das Getriebe 33 ist in einem Führungskäfig in Richtung des
Pfeiles 45 längsverschiebbar geführt. Es läuft in
Führungsleisten 47. Das Getriebe 28 ist dagegen fest. Durch
Verschieben des Getriebes 33 wird das gesamte Innengestänge 10
verschoben, so dass das Maß des Vorstehens der Bohrkrone 12
über die Ringbohrkrone 19 verändert werden kann. Das
Verschieben des Innengestänges erfolgt mit einer
Vorschubvorrichtung 50, welche an der Rückwand 51 des
Führungskäfigs 44 angebracht ist und einen Hydraulikzylinder 52
aufweist. Der in dem Hydraulikzylinder 52 bewegbare Kolben 53
ist mit der Glocke 42 verbunden und dadurch imstande, das mit
der Glocke verbundene Getriebe 33 zu verschieben. Die
Vorschubvorrichtung wird durch Steuerung der Anschlüsse des
Hydraulikzylinders 52 betätigt.
Um zu verhindern, dass die durch den Tieflochhammer 13 auf das
Innengestänge 10 ausgeübten Schläge bzw. Rückschläge auf den
Führungskäfig 44 übertragen werden, ist die Vorschubvorrichtung
50 zugleich als Dämpfungsvorrichtung ausgebildet. Hierzu weist
sie einen Gasdruckspeicher 54 auf, der mit dem Zylinderraum 55
verbunden ist. Der Gasdruckspeicher 54 enthält ein durch eine
Membran begrenztes Gasvolumen, das kompressibel ist. Auf diese
Weise werden Stöße des Kolbens 53 elastisch abgefangen und
gedämpft.
Das Innengestänge muß nicht notwendigerweise einen
Tieflochhammer 13 enthalten und es braucht auch nicht als
hohles Rohrgestänge ausgeführt zu sein. Im Rahmen der Erfindung
besteht auch die Möglichkeit, das Innengestänge mit einer
Bohrschnecke auszustatten. Ferner kann das Innengestänge dazu
dienen, eine Flüssigkeit zur Bohrlochsohle zu transportieren.
Claims (11)
1. Bohrvorrichtung mit einem Innengestänge (10), einem hohlen
Außengestänge (17) und einer Drehvorrichtung (29) zum
Drehen beider Gestänge,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieselbe Drehvorrichtung (29) sowohl ein Antriebsrad
(26) des Außengestänges (17) als auch ein Antriebsrad (34)
des Innengestänges (10) antreibt.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehvorrichtung (29) beide Antriebsräder (26, 34)
in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibt.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung (29) beide
Antriebsräder (26, 34) mit unterschiedlichen Drehzahlen
antreibt.
4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, dass jedes der Antriebsräder (26, 34)
Bestandteil eines Getriebes (28, 33) ist und dass beide
Getriebe in Längsrichtung der Gestänge (10, 17) relativ
zueinander verschiebbar sind und durch eine
Verbindungswelle (35) verbunden sind.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Außengestänge (17) ein
Einsteckende (23) aufweist und dass ein Außenhammer (25)
vorgesehen ist, der Schläge auf das Einsteckende (23)
ausführt.
6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Innengestänge (10) einen
Tieflochhammer (13) enthält.
7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das Getriebe (28) des Innengestänges (10) an einem
Führungskäfig (44) längsverschiebbar geführt ist.
8. Bohrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Führungskäfig (44) eine auf das Innengestänge
(10) wirkende steuerbare Vorschubvorrichtung (50)
abgestützt ist.
9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch
gekennzeichnet, dass eine nur auf das Innengestänge (10)
wirkende steuerbare Vorschubvorrichtung (50) als
Schlagdämpfungsvorrichung ausgebildet ist.
10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorschubvorrichtung (50) einen Hydraulikzylinder
(52) aufweist, dessen Zylinderraum (55) mit einem
Gasdruckspeicher (54) verbunden ist.
11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehvorrichtung (29) das Innengestänge (10) mit
höherer Drehzahl antreibt als das Außengestänge (17).
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