DE1132067B

DE1132067B - Ram drilling device operated with compressed air

Info

Publication number: DE1132067B
Application number: DEH44008A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing W Herbold
Original assignee: W HERBOLD DR ING
Current assignee: W HERBOLD DR ING
Priority date: 1961-10-31
Filing date: 1961-10-31
Publication date: 1962-06-28

Description

Mit Druckluft betriebene Rammbohrvorrichtung Zum Erbohren von genauen Gebirgsproben, z. B. für die Baugrunduntersuchung, sind druckluftbetriebene Raumbohrhämmer bekanntgeworden, die am Seil hängend in das Bohrloch eingelassen werden und ein damit verbundenes, unten offenes Rohr in das Erdreich einrammen, z. B. in den deutschen Patentschriften 972 712, 965 393 und 1000 310.Ramming device operated with compressed air For drilling precise Mountain samples, e.g. B. for the subsoil investigation, are air-powered room drills became known, which are suspended from the rope in the borehole and a ram associated, open-bottom pipe into the ground, z. B. in German Patents 972 712, 965 393 and 1000 310.

Diese Rammhämmer bestehen aus geschlossenen, zylindrischen Gehäusen, in denen schwere Schlagkolben durch die verschiedensten in den Hämmern eingebauten Steuerungen durch Druckluft auf- und abbewegt werden. Die Druckluft wird mittels Schlauch oder durch hohles Bohrgestänge zugeführt, während der Auspuff ins Bohrloch entweicht. Hierdurch wird die natürliche Wasserfüllung teilweise aus dem Bohrloch herausgeschleudert, so daß im Bohrloch ein geringerer Wasserdruck herrscht als im umgebenden Erdreich. Das hat den Nachteil, daß lose Sande in das Bohrloch hereingetrieben werden und ein weiterer Bohrfortschritt schwer zu erzielen ist.These pile hammers consist of closed, cylindrical housings, in which heavy percussion pistons are built into the hammers by various kinds Controls are moved up and down by compressed air. The compressed air is by means of Hose or fed through hollow drill pipe while the exhaust goes into the borehole escapes. As a result, the natural water filling is partially removed from the borehole ejected so that there is a lower water pressure in the borehole than in the surrounding soil. This has the disadvantage that loose sands are driven into the borehole and further drilling progress is difficult to achieve.

Ferner können die Rammschappen in kiesigem Erdreich so festgerammt werden, daß es sehr großer Zugkräfte bedarf, um das Bohrzeug mit dem Seil oder Gestänge aus dem Bohrloch herauszuziehen. Auch durch Verklemmungen von Rammhammer oder Schappe in den Schutzrohren kann das Bohrzeug .sehr fest werden.Furthermore, the rams can be rammed into gravelly soil be that it requires very large tractive forces to the drill with the rope or rod to pull out of the borehole. Also due to jamming of ramming hammer or Schappe The drilling tool can become very stuck in the protective tubes.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, Bohr-Werkzeuge zu schaffen, die keinen freien Auspuff im Bohrloch haben und die wahlweise auch aufwärts rammen können. Hierzu wird erfindungsgemäß die Druckluftsteuerung vom Rammhammer getrennt und nach Übertage verlegt. Das kann erfindungsgemäß sowohl mit einer einfachen wie mit einer doppelten Luftverbindungsleitung zum Rammhammer erzielt werden.The invention has set itself the goal of creating drilling tools, who do not have a free exhaust in the borehole and which optionally ram upwards can. For this purpose, the compressed air control is separated from the pile hammer according to the invention and relocated to the surface. According to the invention, this can be done with a simple as well as can be achieved with a double air connection line to the pile hammer.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Rammhammers, der am Seil? in das Bohrloch eingelassen wird, und zwar mit zwei Schlauchleitungen 5 und 6.Fig. 1 shows an embodiment of a pile hammer according to the invention, the on the rope? is let into the borehole with two hose lines 5 and 6.

In bekannter Weise befindet sich in dem Rohrgehäuse 1 mit der damit mittels Schleppkupplung 2 verbundenen Rammschappe 3 der Schlagkolben 4. Durch Schläuche 5 und 6 können erfindungsgemäß abwechselnd die untere und die obere Kolbenseite be- und entlüftet werden, Nach der Erfindung sind die Steuerorgane zurr Be- und Entlüften der Schläuche 5 und 6 Übertage am Bohrgerät angeordnet. Bevorzugt Weden diese an ,sich bekannten Steuerorgane so ausgeführt, daß schon vor dem Ingangsetzen beide Kolbenseiten immer belüftet sind, so daß .das Hammergehäuse unter Druck steht und Wasser nicht eindringen kann.In a known manner is located in the tubular housing 1 with it The ram 3 of the percussion piston 4, connected by means of a tow coupling 2, by means of hoses According to the invention, 5 and 6 can alternate between the lower and the upper side of the piston be ventilated and vented, According to the invention, the control organs are zurr loading and Venting of the hoses 5 and 6 arranged above ground on the drilling rig. Prefers Veden these known control organs are carried out in such a way that even before the start-up Both sides of the piston are always ventilated so that the hammer housing is under pressure and water cannot penetrate.

Wird nun Schlauch 5 teilweise entlüftet, während Schlauch 6 belüftet bleibt, bis der Kolben oben anliegt, und dann in kurzen Zeitintervallen be- und entlüftet, so schlägt der Schlagkolben aufwärts, wodurch auch bei sehr festsitzendem Bohrzeug mit geringer Zugkraft am Seil ? eine Lösung des Bohrwerkzeuges erzielt wird. Die Schlagstärke kann dabei feinfühlig mit den Be- und Entlüftungszeiten geregelt werden. Zum Abwärtsschlagen wird die Entlüftung und Belüftung der Schläuche 5 und 6 so gesteuert, daß der Kolben nicht oben anschlägt und je nach Wunsch mehr oder weniger kräftig auf das Bohrwerkzeug schlägt. Zum Steuern der Be- und Entlüftung können erfindungsgemäß mittels Magneten oder mit Druckluft vorgesteuerte, an sich bekannte Druckluftventile verwendet werden und auch Schieber mit und ohne Rückstellkraft.Now hose 5 is partially vented, while hose 6 is vented remains until the piston rests on top, and then loading and unloading at short time intervals vented, the percussion piston strikes upwards, which also means that it is very tight Drilling tool with low pulling force on the rope? achieved a solution of the drilling tool will. The impact strength can be sensitively regulated with the ventilation times will. To hit down, the venting and ventilation of the hoses 5 and 6 controlled so that the piston does not hit the top and more or as desired hits the drilling tool less forcefully. For controlling the ventilation can according to the invention by means of magnets or with compressed air pre-controlled, per se known compressed air valves are used and also slide with and without restoring force.

Fig.2 zeigt einen Schieber zur Steuerung des Rammhammers nach Fig. 1, der durch unterschiedliche Durchmesser der Ein- und Auslaßkanten eine Rückstellkraft zur Nullage hat und der in Verbindung mit einem Schwingsystem die periodische Umsteuerung selbsttätig durchführt.Fig. 2 shows a slide for controlling the pile hammer according to Fig. 1, which has a restoring force due to the different diameters of the inlet and outlet edges to the zero position and which, in conjunction with an oscillating system, has the periodic reversal carries out automatically.

In Mittellage sind die Steuerkanten 11 und 12 nicht überdeckt, die Druckluft tritt von der Druckluftzufuhr $ in die Schläuche 5 und 6. Beim Verschieben des Steuerkolbens 13 von Hand z. B. nach links schließt erst die Einlaßsteuerkante 12 und öffnet sich unmittelbar danach die Auslaßsteuerkante 10 zum Schlauch 6, während Schlauch 5 weiter mit der Druckluft in Verbindung bleibt. Mit fortschreitender Entlüftung von Schlauch 6 wird der Flächenunterschied von Einlaßsteuerkanten 11, 12 und Auslaßsteuerkanten 9,10 wirksam, so daß der Steuerkolben einen Kraftimpuls zur Mittelstellung erhält und die Schwingmasse 15 einen entsprechenden Antrieb, der den Schieber 13 in die ändere Endlage steuert.In the central position, the control edges 11 and 12 are not covered, the Compressed air comes from compressed air supply $ into hoses 5 and 6. When moving of the control piston 13 by hand z. B. to the left only closes the inlet control edge 12 and opens immediately after the outlet control edge 10 to hose 6, while hose 5 continues to be connected to the compressed air. With advancing Venting hose 6 is the difference in area of inlet control edges 11, 12 and outlet control edges 9,10 effective, so that the control piston has a force pulse to the middle position and the oscillating mass 15 receives a corresponding drive, which controls the slide 13 in the other end position.

Dadurch entsteht wiederum eine Rückstellkraft zur Mittellage, so daß das Pendel 14, 15 mit dem Schieber 13 von der einen in die andere Endlage pendelt. Durch Abstimmung des Flächenunterschiedes des Steuerschiebers, Pendelarmlänge 14 und Masse 15 kann das System dem Rammbohrhammer nach Fig. 1 angepaßt werden.This in turn creates a restoring force to the central position, so that the pendulum 14, 15 with the slide 13 oscillates from one end position to the other. By coordinating the area difference of the control slide, pendulum arm length 14 and mass 15, the system can be adapted to the hammer drill according to FIG.

Erfindungsgemäß können auch andere Schwingsysteme verwendet werden, z. B. Masse und Feder. Es ist jederzeit möglich, in den periodischen Steuerablauf von Hand einzugreifen und ihn nach Wunsch zu beeinflussen. Der Steuerschieber 13 kann nach der Erfindung seinen erforderlichen Bewegungsaublauf auch über Nockenrolle und umlaufende Nockenscheibe erhalten. Dabei kann. der Steuerschieber 13 überall gleiche Durchmesser haben.According to the invention, other vibration systems can also be used, z. B. Mass and spring. It is possible at any time in the periodic tax flow to intervene by hand and influence it as desired. The control spool 13 can, according to the invention, its required movement also via cam roller and revolving cam disc received. Here can. the spool 13 everywhere have the same diameter.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Rammbohrhammer nach einem Einschlauchsystem. Bei Belüftung von Schlauch 5 füllt sich sowohl der Raum oberhalb des Schlagkolbens 4 wie auch der Raum 17 über ein vorgespanntes Rückschlagventi116. Wird jetzt der obere Raum über Schlauch 5 entlüftet, so treibt die in Raum 17 expandierende Druckluft den Kolben 4 aufwärts. Beim erneuten Belüften des Schlauches erfolgt der Schlagantrieb. Das Rückschlagventi116 hat eine gewisse Vorspannung, so daß erst oberhalb eines gewissen Überdruckes ein überströmen im Raum 17 erfolgt, damit der Raum 17 nicht zu früh aufgefüllt wird.Fig. 3 shows a hammer drill according to the invention according to a single hose system. When hose 5 is ventilated, both the space above the percussion piston is filled 4 as well as room 17 via a preloaded check valve 116. Will now be the If the upper space is vented via hose 5, the compressed air expanding in space 17 drives the piston 4 upwards. When the hose is pressurized again, the impact drive takes place. The check valve 116 has a certain bias, so that only above one Certain overpressure an overflow in the space 17 takes place, so that the space 17 does not is refilled too early.

Erfindungsgemäß kann das Rückschlagventil auch durch eine Drosselbohrung ersetzt werden, und es können auch beide zugleich zur Anwendung kommen.According to the invention, the check valve can also pass through a throttle bore can be replaced, and both can be used at the same time.

Fig. 4 zeigt ein anderes Einschlauchsystem, das auf dem gleichen Erfindungsgedanken beruht. Nach erfolgter Entlüftung wird beim Belüften von Schlauch 5 Druckluft über Rohr 18 unter den Kolben 4 geleitet und letzteres hochgetrieben, da das Rückschlagventil 16 keine Luft in den Raum oberhalb des Kolbens einströmen läßt. Der Druck in diesem Raum wird beim Zusammendrücken der noch darin verbliebenen Luft durch die Vorspannung des Rückschlagventils 16 begrenzt. Beim Entlüften von Schlauch 5 erfolgt der Schlagantrieb durch Kolbengewicht und durch die expandierende Luft im Raum oberhalb des Kolbens. Auch hier kann das Rückschlagventi116 durch eine Drosselbohrung ersetzt werden oder beide zugleich zur Anwendung kommen. Beide Hämmer nach Fig.3 und 4 können bei entsprechenden Steuerzeitintervallen auch aufwärts schlagen.Fig. 4 shows another hose system that is based on the same inventive concept is based. After venting has taken place, compressed air is passed over when ventilating hose 5 Pipe 18 passed under the piston 4 and the latter driven up as the check valve 16 does not allow air to flow into the space above the piston. The pressure in this Space becomes when the air still remaining in it is compressed by the bias of the check valve 16 is limited. When the hose 5 is vented, the impact drive takes place by the weight of the piston and by the expanding air in the space above the piston. Here, too, the non-return valve can be replaced by a throttle bore or both are used at the same time. Both hammers according to Fig. 3 and 4 can with appropriate Also beat up timing intervals.

Nach der Erfindung sind auch andere Ausführungsformen für die ins Bohrloch und unter Wasser zu versenkenden Rammbohrhämmer sowohl für das Einschlauch- wie auch für das Zweischlauchsystem möglich, die an sich für Druckluftschlaggeräte bekannte Elemente enthalten. Zum Beispiel zeigen Fig. 5 und 6 Formen, bei denen Federn 19 den Schlagkolben 4 in die obere oder untere Totlage drücken, und bei denen der Bewegungsantrieb mittels Druckluft über einen Schlauch erfolgt, der abwechselnd be- und entlüftet wird durch Steuerorgane Übertage. Ringnutmanschetten 20 dienen erfindungsgemäß zugleich als Rückschlagventile, da sie in der einen Richtung dichten, in der anderen Richtung aber ein Zuviel an Luft im Federrahmen beim Entlüften des Schlauches wieder zurückströmen lassen.According to the invention, other embodiments for the ins Borehole and submerged ram drills for both single-hose as well as for the two-hose system, the one for compressed air impact devices contain known elements. For example, Figs. 5 and 6 show forms in which Springs 19 push the percussion piston 4 into the upper or lower dead position, and where the movement is driven by compressed air via a hose that alternates is ventilated by control organs above ground. Ring groove cuffs 20 are used according to the invention at the same time as check valves, since they seal in one direction, in the other direction, however, too much air in the spring frame when venting the Let the hose flow back again.

Die Federn können auch durch eine dauernd wirkende Druckluftkraft von besonderen Druckluftkolben 21 nach Fig. 7 und 8 ersetzt werden. Diese Kolben werden über einen besonderen, engeren Schlauch von Übertage her ununterbrochen mit Druckluft versorgt, die nicht verbraucht wird, sondern nur hin und her strömt. Über Reduzierventile übertage kann der Druck geändert und damit die federnde Kraft der Kolben 21 den Erfordernissen angepaßt werden.The springs can also be activated by a continuously acting compressed air force can be replaced by special compressed air pistons 21 according to FIGS. These pistons are uninterrupted from above ground via a special, narrower tube Compressed air is supplied that is not consumed, but only flows back and forth. Above Reducing valves above ground can change the pressure and thus the resilient force of the Piston 21 can be adapted to the requirements.

In Fig. 9 ist ein Zwischenschlauchsystem an sich bekannter Art für den erfindungsgemäßen Zweck dargestellt. Ein Pendelluftverdichter 22 mit einem in beliebiger Art hin- und herbewegten Kolben 23 Übertage treibt abwechselnd Druckluft unter und über den Schlagkolben 4 des Rammbohrhammers über die ins Bohrloch eingeführten Schläuche 5 und 6. Der Kolben 23 kann mittels Kurbeltrieb oder z. B. ölhydraulisch hin- und herbewegt werden.In Fig. 9, an intermediate hose system is known per se for illustrated the purpose of the invention. A pendulum air compressor 22 with an in Any kind of reciprocating piston 23 above ground alternately drives compressed air under and over the percussion piston 4 of the hammer drill over the inserted into the borehole Hoses 5 and 6. The piston 23 can by means of a crank mechanism or z. B. oil hydraulic be moved back and forth.

Erfindungsgemäß kann der Luftdruck in dem geschlossenen System nach Fig. 9 von einem kleinen Verdichter 24 oder von einer Druckluftflasche aufgefüllt werden. Es können auch beide Kolbenseiten verschieden stark aufgeladen werden und damit ein Schlagen des Rammbohrhammers nach oben oder unten Übertage eingestellt werden.According to the invention, the air pressure in the closed system can according to 9 filled up by a small compressor 24 or by a compressed air cylinder will. Both sides of the piston can also be charged differently and thus stopping the hammer drill hitting up or down above ground will.

Außerdem kann in dieser Weise der Rammbohrhammer immer unter Überdruck gehalten werden, so daß Wasser nicht eindringen kann.In addition, the hammer drill can always be under overpressure in this way be held so that water cannot penetrate.

Das Arbeiten mit Überdruck im gesamten System hat ferner den großen Vorteil; daß der Pendelkompressor 22 kleiner gehalten werden kann, da es für den Bewegungsantrieb des Kolbens 4 im Rammbohrhammer nur auf den .Druckunterschied an beiden Schlagkolbenseiten ankommt, und dieser Druckunterschied im Pendelverdichter 22 bei höheren Drücken schon bei geringeren Kolbenverschiebungen erzielt wird.Working with overpressure throughout the system also has the great Advantage; that the pendulum compressor 22 can be kept smaller because it is for the Movement drive of the piston 4 in the ram drill only depends on the pressure difference both sides of the percussion piston arrives, and this pressure difference in the pendulum compressor 22 is achieved at higher pressures with lower piston displacements.

Auch die Leitungsquerschnitte der Schläuche 5 und 6 können bei höheren Drücken kleiner sein. Das Auffüllen des Systems mit höherem Druck kann auch mit dem Pendelkompressor selbst durchgeführt werden, indem Rückschlagventile 25 in den Zylinderdeckeln und Rückschlagventile 26 in den Leitungen 5 und 6 vorübergehend in Tätigkeit gebracht werden.The line cross-sections of the hoses 5 and 6 can also be used with higher Press to be smaller. Filling the system with higher pressure can also be done with the pendulum compressor itself can be carried out by the check valves 25 in the Cylinder covers and check valves 26 in lines 5 and 6 temporarily be brought into action.

Die Ventile 25 sind nach dem Auffüllen des Systems geschlossen, die Ventile 26 offen. Die Erfindung ist mit den dargestellten Beispielen nicht erschöpft, es sind vielmehr die verschiedensten Kombinationen möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, einen Bohrlochrammbohrhammer zu schaffen, der aufwärts und abwärts schlagen kann und mit leichten Schlägen in schneller Reihenfolge und kräftigen Schlägen in langsamerer Reihenfolge ohne freien Auspuff ins Bohrloch.The valves 25 are closed after the filling of the system, the Valves 26 open. The invention is not exhausted with the examples shown, on the contrary, the most varied of combinations are possible without the idea of the invention to leave to create a downhole hammer drill that goes up and down can hit and with light hits in quick succession and powerful hits in slower order with no free exhaust into the borehole.

Die Erfindung kann auch mit Vorteil für sogenannte Kiespumpen beim Bohren verwendet werden. Kiespumpen sind Bohrwerkzeuge, die Kies unter Wasser mittels am Bohrseil befestigtem Saugkolben mit Ventilklappen in ein Gehäuse saugen. Die Auf- und Abbewegung dieser Saugkolben kann vorteilhaft auch mit den ferngesteuerten Systemen der Erfindung erfolgen.The invention can also be used with advantage for so-called gravel pumps Drilling can be used. Gravel pumps are drilling tools that means gravel underwater Suck the suction piston attached to the drilling rope with valve flaps into a housing. the Up and down movement of this suction piston can also be advantageous with the remote-controlled Systems of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hammer drill, consisting of one on the rope or Hollow rod hanging tubular housing with percussion piston located therein, thereby characterized in that two air lines (5 and 6; Fig. 1) Compressed air is alternately supplied and discharged below and above the piston and the controller is located above ground or remotely from the hammer.

2. Hammer drill according to claim 1, characterized in that both sides of the piston when not actuated Control are under pressure and alternate one and the other side of the piston is vented through control organs, which are located above ground or remote from the hammer are.

3. hammer drill with spatially separated control according to claim 1 and 2, characterized in that the control elements are operated by hand or by machine, or by means of a control slide with restoring forces towards the central position, which after Deflection of the control organ from the central position only arise and in connection switch periodically with oscillating systems.

4. Ram drill, consisting of one tubular housing hanging on the rope or hollow rod with a percussion piston in it, characterized in that compressed air is periodically supplied to the housing via an air line is supplied and derived from the housing again and the control above ground or is located away from the hammer.

5. hammer drill according to claim 4 and after Fig.3, characterized in that when venting the air only from the upper side of the piston can flow off while they are pretensioned on the lower side of the piston Check valve (16) or a throttle bore or both prevented from flowing out will.

6. Ram drill according to claim 4 and according to Figure 4, characterized in that that when venting, the air can only flow under the lower piston side while on the upper side of the piston by a preloaded check valve or by a throttle bore or both is prevented from flowing in.

7. hammer drill, consisting of a tubular housing hanging on the rope or hollow rod with a Percussion piston, characterized in that compressed air either via a hose (5) is only fed and discharged under or over one side of the percussion piston, while the other side of the piston under the force of a spring (19; Fig. 5 or 6), or under the effect of a constantly acting compressed air force from pistons (21; Fig. 7 and 8) with a separate compressed air connection to the surface and the control of the hose (5) is arranged above ground or separated from the hammer. B.

Hammer drill, consisting of a tubular housing hanging on the rope or hollow rod with a Percussion piston, characterized in that the spaces on both sides of the percussion piston via hose lines (5 and 6; Fig. 9) with both cylinder sides of a surface arranged pendulum air compressor (22) are connected, the piston (23) by means of Crank drive or oil-hydraulic is moved back and forth.

9. Hammer drill with pendulum air compressor according to claim 8 and Fig. 9, characterized in that the mutually continuous Connecting spaces on both sides of the percussion piston (4) and on both sides of the Piston (23) in the pendulum compressor (22) charged with compressed air to different degrees can be by a small compressor (24) or by a compressed air bottle or by the pendulum compressor itself with the help of only temporarily operated Valves (25 and 26).

10. Ram drill according to claim 1 to 9, characterized in that that the percussion piston by means of a connecting rod with the suction piston one under the gravel pump attached to the hammer drill is coupled.