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Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät mit einem Bohrantrieb zum drehenden Antreiben eines Bohrgestänges, einer Bohrlafette, entlang deren Lafettenlängsachse der Bohrantrieb axial verschiebbar ist, einem Trägerfahrzeug und einer Verstellmechanik, mit welcher die Bohrlafette an einer Vorderseite des Trägerfahrzeuges angebracht und um mehrere Achsen im Raum verstellbar gelagert ist, wobei die Verstellmechanik einen Schwenkkopf mit einer Schwenkkopfachse aufweist und an dem Schwenkkopf ein Schwenkantrieb zum Verschwenken der Bohrlafette um die Schwenkkopfachse vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Bohrgeräte werden insbesondere als sogenannte Ankerbohrgeräte eingesetzt, mit welchen Erdanker in vertikale oder schräg stehende Boden- oder Felswände eingebracht werden, um diese Wände und eventuell daran vorgesehene Stützwandelemente in tieferen Bodenbereichen rückzuverankern. Diese Bohrgeräte werden betriebsbedingt meist auf unbefestigten und geneigten Flächen betrieben. Dabei sollen aber die Bohrungen unter einem festgelegten Winkel zur Horizontalen oder zur Wand an einer festgelegten Stelle, dem sogenannten Bohransatzpunkt, in die Wand eingebracht werden.
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Um diesen festgelegten Winkel einstellen zu können, besitzen derartige Bohrgeräte eine Verstellmechanik, auch Kinematikbaugruppe genannt, mit mehreren Rotationsund Translationsachsen, so dass die Bohrlafette mit dem Bohrantrieb am Bohransatzpunkt in dem gewünschten Winkel angeordnet werden kann. Bei bekannten Kinematiklösungen an Bohrgeräten, wie sie etwa aus der
EP 1 696 100 B1 oder der
US 7,905,299 B2 bekannt sind, ist es nachteilig, dass bei einem um eine Fahrzeuglängsachse geneigten Untergrund die Rotations- und Translationsachsen kaum mehr parallel oder senkrecht zur Horizontalen ausgerichtet werden können. Bei einer Verkippung der Kinematikbaugruppe des Bohrgerätes um eine Fahrzeuglängsachse aufgrund einer Position des Trägerfahrzeuges auf geneigtem Baustellenterrain ändert sich die Ausrichtung der gesamten Kinematikbaugruppen-Achsen zur Horizontalen.
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Um bei den bekannten Bohrgeräten die Bohrlafette wieder in den gewünschten Winkel zu bringen, müssen sämtliche Achsen der Verstellmechanik durch überlagerte oder iterative Bewegungen nachjustiert werden. Mit zunehmender Bodenneigung reduziert sich dabei die Anzahl der erreichbaren Bohransatzpunkte. Oft ist der vorgegebene Bohransatzpunkt nicht mehr zu erreichen und es verbleibt nur ein einziger möglicher, aber nicht geeigneter Bohransatzpunkt, so dass das ganze Bohrgerät aufwändig umpositioniert werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät anzugeben, welches in einem geneigten Gelände mit hoher Effizienz einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmechanik einen Drehtisch aufweist, welcher zwischen dem Schwenkkopf und dem Trägerfahrzeug angeordnet ist, wobei der Drehtisch eine Drehachse aufweist, welche parallel zu einer Längsachse des Trägerfahrzeuges gerichtet ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Neigung des Trägerfahrzeuges um seine Längsachse mittels einer Dreheinrichtung zu kompensieren, so dass insbesondere der Schwenkkopf mit der Bohrlafette in einer horizontalen Normalposition gehalten werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann so die Bohrlafette in einer Position gehalten werden, ohne dass eine Vielzahl von Verstellungen der Elemente der Verstellmechanik vorgenommen werden müssten.
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Gemäß der Erfindung umfasst vorzugsweise die Kinematik der Verstellmechanik des Bohrgerätes die folgende Reihenfolge der Rotationsachsen: z-x-y-z-z-y-z. Der Vorteil der zusätzlichen Dreheinrichtung mit Drehtisch und insbesondere der vorgenannten Abfolge der Rotationsachsen liegt darin, dass sich die Bereiche möglicher Bohransatzpunkte auch bei geneigtem Untergrund nicht verändern. Sobald insbesondere der Drehtisch in eine horizontale Normalposition mit Bezug auf die Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist, beeinflussen sich die nachfolgenden Rotationsachsen nicht mehr gegenseitig. Nun können Neigung und Bohransatzpunkt der Bohrlafette unabhängig von Bohraufgabe und Geländeneigung eingerichtet werden. Der Bereich der möglichen Bohransatzpunkte wird somit durch diese Geländeneigung nicht eingeschränkt.
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Eine besonders effektive Anordnung ergibt sich nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass der Drehtisch an der Vorderseite des Trägerfahrzeuges gelagert ist. Der Drehtisch stellt somit die Verbindung zwischen dem Trägerfahrzeug und der weiteren Verstellmechanik dar, so dass bisherige Verstellmechaniken in effektiver Weise an dem zusätzlichen Drehtisch angebracht werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, dass an einem Chassis des Trägerfahrzeuges an dessen Vorderseite ein Gelenkzapfen vorgesehen ist, auf welchem der Drehtisch drehbar gelagert ist. Der Gelenkzapfen stellt somit die fest mit dem Trägerfahrzeug verbundene Drehachse dar, auf welchem der Drehtisch zur Kompensation der Geländeneigung verschwenkbar gehaltert ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte und stabile Anlenkung der Verstellmechanik am Trägerfahrzeug erreicht.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Stellantrieb vorgesehen ist, mit welchem der Drehtisch um die Längsachse des Trägerfahrzeuges drehbar und insbesondere in eine horizontale Normalposition bringbar ist. Der Stellantrieb kann einen oder zwei Stellzylinder, insbesondere Hydraulikzylinder, umfassen. Der Drehtisch kann hiermit in eine Normalposition zur x-z-Achse gebracht werden, welche in der Regel die Horizontale angibt, also die senkrecht zur Schwerkraftrichtung (y-Achse) angeordnete Horizontalebene.
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Eine weitere zweckmäßige Anordnung des erfindungsgemäßen Bohrgerätes besteht darin, dass zwischen dem Drehtisch und dem Schwenkkopf eine Schwenksäule und/oder ein Auslegerarm verschwenkbar angeordnet sind. Bevorzugt ist insbesondere die Schwenksäule, deren Schwenkachse senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und üblicherweise parallel zur Schwenkkopfachse gerichtet ist, unmittelbar am Drehtisch schwenkbar gelagert. An der Schwenksäule ist der Auslegerarm um eine Querachse schwenkbar angelenkt, welche senkrecht zur Schwenkachse der Schwenksäule und senkrecht zur Längsachse des Trägerfahrzeuges gerichtet ist. Am vom Trägerfahrzeug abgewandten Ende des Auslegerarmes kann bevorzugt um eine weitere zweite Querachse, welche parallel zur ersten Querachse des Auslegerarmes gerichtet ist, die Schwenkkopfbasis des Schwenkkopfes angelenkt sein. Grundsätzlich können noch weitere Komponenten zum Bilden der Verstellmechanik vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Kinematik des erfindungsgemäßen Bohrgerätes ergibt sich gemäß einer weiteren Ausführungsform dadurch, dass der Schwenkkopf eine Schwenkkopfbasis und ein Schwenkglied aufweist, welches um die Schwenkkopfachse verschwenkbar an der Schwenkkopfbasis gelagert ist, und dass an dem Schwenkglied ein Lafettenträger um eine Lafettenquerachse schwenkbar gelagert ist. Insbesondere kann so der Schwenkkopf parallel zur x-z-Ebene, also vorzugsweise der Horizontalebene, ausgerichtet werden. Bei dieser horizontalen Ausrichtung des Schwenkkopfes kann dann in gewünschter Weise die Bohrlafette um die Schwenkkopfachse und eine Lafettenquerachse am Schwenkglied verschwenkt und in eine gewünschte Position gebracht werden.
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Zum Verschwenken des Schwenkgliedes kann grundsätzlich eine beliebige Anordnung mittels Schwenkantrieb vorgesehen sein. Eine besonders kompakte Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Schwenkglied über zwei Zwischenschwenkhebel verschwenkbar ist, welche jeweils von einem Stellzylinder betätigbar sind. Insbesondere kann durch eine derartige Anordnung ein großer Schwenkwinkelbereich des Schwenkgliedes um die Schwenkkopfachse erreicht werden.
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Weiterhin besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, dass zum Verschwenken ein oder mehrere Schwenkantriebe, insbesondere Stellzylinder, vorgesehen sind. Die Stellzylinder sind dabei vorzugsweise Hydraulikzylinder, welche mit der Hydraulikversorgung des Trägergerätes verbunden sind.
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Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass das Trägerfahrzeug als ein Raupenfahrzeug mit seitlichen Raupenfahrschiffen ausgebildet ist. Diese erlauben ein besonders gutes Verfahren des Bohrgerätes im unwegsamen Gelände.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Raupenfahrschiffe um eine Querachse des Trägerfahrzeuges verstellbar am Chassis des Trägerfahrzeuges angelenkt sind. Insbesondere ist eine pendelnde Aufhängung der Raupenfahrschiffe möglich, so dass auch eine weitere Geländeneigung des Trägerfahrzeuges durch eine entsprechende Verstellung der Raupenfahrschiffe um die Querachse ausgleichbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes;
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2 eine schematische Detailansicht der Verstellmechanik des Bohrgerätes von 1 mit Darstellung der Rotationsachsen;
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3 eine Explosionsdarstellung der Verstellmechanik gemäß 2;
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4 eine Vorderansicht des Bohrgerätes bei geneigter Aufstellfläche;
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5 eine Seitenansicht des Bohrgerätes von 4; und
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6 eine Draufsicht auf das Bohrgerät gemäß 4 und 5 von oben.
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Der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes 10 wird im Zusammenhang mit der 1 erläutert. Es ist ein Trägerfahrzeug 20 vorgesehen, welches als ein Raupenfahrzeug mit zwei seitlichen Raupenfahrschiffen 24 ausgebildet ist. Diese sind pendelnd an einem Chassis 22 des Trägerfahrzeuges 20 gelagert. An dem Chassis 22 sind in einem rückwärtigen Bereich die Antriebseinheit 26 mit einem Dieselmotor und den Hydraulikaggregaten sowie ein Führerstand 28 zum Steuern des Bohrgerätes 10 angeordnet.
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An einer Vorderseite des Chassis 22 ist eine Verstellmechanik 40 angeordnet, mit welcher eine mastartige Bohrlafette 12 mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden im Raum verstellbar ist. Die Bohrlafette 12 ist an ihrer vorderen Längsseite mit einer Linearführung 13 versehen, entlang welcher ein nicht dargestellter Bohrantrieb zum drehenden und axialen Antreiben eines Bohrgestänges axial verfahrbar ist. Die Bohrlafette 12 ist selbst axial verstellbar an einem schienenartigen Bohrlafettenträger 16 gelagert, welcher mit der Verstellmechanik 40 verbunden ist.
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Der Aufbau und die Funktion der Verstellmechanik 40 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 2 und 3 näher erläutert. In den Zeichnungen wird eine Horizontalebene durch die Achsen x und z aufgespannt, wobei die x-Achse die Richtung einer Längsachse 30 des Trägerfahrzeuges 20 angibt, während die z-Achse eine rechtwinklige Querrichtung hierzu in der Horizontalebene angibt. Die y-Achse gibt die rechtwinkelige Normale oder Vertikale hierzu an.
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In den 2 und 3 ist das Chassis 22 des Trägerfahrzeuges 20 stark vereinfacht als ein Block dargestellt, an welchem Lagerzapfen 27 für die nicht dargestellten Raupenfahrschiffe angeordnet sind. Die Raupenfahrschiffe sind schwenkbar um eine erste Querachse 25 des Trägerfahrzeuges 20 gelagert, welche auch als Achse 1Rz gekennzeichnet ist, so dass hierdurch Bodenunebenheiten zumindest teilweise ausgleichbar sind.
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An der Vorderseite des Chassis 22 ist ein Gelenkzapfen 32 angeordnet, an welchem ein plattenförmiger Drehtisch 42 drehbar um eine Längsachse 30 des Trägerfahrzeuges 20 gelagert ist. Zum Verschwenken des Drehtisches 42 ist ein erster Stellantrieb 46 vorgesehen, welcher als ein Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Der Hydraulikzylinder ist gegenüber dem Chassis 22 abgestützt und kann so den Drehtisch 42 um eine Drehachse 44 in Längsrichtung verdrehen, wobei die Drehachse 44 im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Längsachse 30 des Trägerfahrzeuges 20 zusammenfällt. Die Drehachse 44 ist in der 2 auch als Achse 2 Rx bezeichnet.
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An dem Drehtisch 42 ist eine lagerbockartige Schwenksäule 70 drehbar um eine erste Vertikalachse 72 gelagert, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht auf die Horizontalebene xz steht und gemäß dem Koordinatensystem der Zeichnungen in y-Richtung verläuft. Die erste Schwenkachse 72 ist in 2 mit der Bezeichnung 3Ry versehen. Über eine Lagerhülse 73 an der Schwenksäule 70 ist wiederum ein Auslegerarm 80 schwenkbar um eine zweite Querachse 82 gelagert, welche in z-Richtung verläuft und in 2 als Achse 4Rz bezeichnet ist.
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Am gegenüber liegenden Ende des Auslegerarmes 80 ist ein weiteres Schwenklager zur schwenkbaren Halterung eines Schwenkkopfes 60 vorgesehen. Der Schwenkkopf 60 weist eine Schwenkkopfbasis 62 auf, an welchem drehbar ein Schwenkglied 64 gelagert ist. Die Schwenkkopfbasis 62 ist am oberen Ende des Auslegerarmes 80 schwenkbar um eine dritte Querachse 84 gelagert, welche in 2 mit 5Rz bezeichnet ist. Auch die dritte Querachse erstreckt sich in der z-Richtung.
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Das Schwenkglied 64 ist drehbar um eine vertikale Schwenkkopfachse 66 gelagert, welcher sich in y-Richtung erstreckt und in 2 als Achse 6Ry bezeichnet ist.
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An einer horizontal gerichteten Schwenklagerhülse 65 des Schwenkgliedes 64 ist schwenkbar um eine vierte Querachse 58 der Lafettenträger 16 gelagert. Die vierte Querachse 58 ist ebenso in z-Richtung ausgerichtet und in 2 als Achse 7Rz bezeichnet. Wie bereits vorausgehend beschrieben, ist an dem Lafettenträger 16 in bekannter Weise die mastförmige Bohrlafette 12 axial entlang einer Lafettenlängsachse 14 verschiebbar gelagert, welche als Achse 8Ty in 2 bezeichnet ist. Durch die Verstellmechanik 40 kann die Lafettenlängsachse 14 in einer nahezu beliebigen Position im Raum angeordnet werden, um eine Bohrung entlang der Lafettenlängsachse 14 durchzuführen.
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Zum Verstellen der einzelnen Komponenten der Verstellmechanik 40 sind eine Vielzahl von Stellzylindern als Stellantriebe vorgesehen. Hierzu sind gemäß 2 zum Verstellen des Auslegerarmes 80 seitliche Auslegerstellantriebe 86 vorgesehen. Die Schwenkkopfbasis 62 kann über einen mittigen Schwenkkopfzylinder 74 gegenüber dem Auslegerarm 80 um die Achse 5Rz verstellt werden. An der Schwenkkopfbasis 82 sind zwei Stellzylinder 69 angeordnet, welche über jeweils einen L-förmigen Zwischenlenkhebel 68 das Schwenkglied 64 um die Achse 6Ry verschwenken können. Der Lafettenträger 16 wiederum ist über zwei Nackenzylinder 34 um die Achse 7Rz verschwenkbar.
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Bei einer Anordnung des Trägerfahrzeuges 20 auf einem geneigten Untergrund, wobei eine Verkippung des Trägerfahrzeuges 20 um die Längsachse 30 in X-Richtung vorliegt, kann diese Verkippung über eine entsprechende Justierung des Drehtisches 42 um die Drehachse 44 kompensiert werden. Dies ermöglicht es, die weiteren Komponenten der Verstellmechanik 40 weiter so anzuordnen wie bei einer nicht geneigten horizontalen Anordnung des Trägerfahrzeuges 20.
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Diese Kompensation einer Verkippbewegung in x-Richtung ist anschaulich in den 4 bis 6 dargestellt, in welchen das Trägerfahrzeug 20 um die x-Achse geneigt positioniert ist. Durch den Drehtisch 42 kann ohne weitere Betätigung der nachfolgenden Komponenten der Verstellmechanik 40 diese zusammen mit der Bohrlafette 12 wieder vertikal ausgerichtet werden. Da für diese Ausrichtung keine der weiteren Schwenkantriebe der Verstellmechanik benötigt werden, bleibt der hohe Freiheitsgrad der Verstellmöglichkeiten der Bohrlafette 12 durch die Verstellmechanik 40 weiter gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1696100 B1 [0003]
- US 7905299 B2 [0003]
