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Gerät zum Bahn von Löchern in von lockerem Erdreich bedecktem Gebirge
Für verschiedene Zwecke, z. B. beim Bau von Wasserstraßen, Hafenanlagen, Staudämmen
für Wasserkraftanlagen, und weiter Bohrungen für geologische Forschungszwecke, Bodenstabilisierungen
und Einspritzungen von Zement oder ähnlichem Material in Baugrund, in Gestein oder
in Dammkonstruktionen, sowie Pfählung für Baukonstruktionen usw. ist es wünschenswert,
im Gebirge, d. h. im Felsen, Löcher zu bohren, ohne erst das das Gebirge bedeckende
lockere Erdreich zu entfernen, und es ist immer schwierig, mit einem einfachen Gesteinsbohrer
eine Bohrung durch dieses lockere Erdreich bis zum Gebirge vorzutreiben, weil die
Lockerschichten beim Herausziehen des Gesteinsbohrers aus dem Bohrloch zusammenbrechen
und das Bohrloch wieder anfüllen bzw. verstopfen können.
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Um das Zusammenbrechen der Lockerschichten und damit das Verstopfen
des Bohrloches zu verhindern, sind Bohrgeräte bekannt, die aus einer auf einem verführbaren
Gerüst mittels eines Vorschubmotors auf- und niederbewegbaren druckmittelbetriebenen
Bohrmaschine mit wahlweise getrennt oder gemeinsam auf einen Bohrstrang einwirkendem
Schlagmotor und reversiblem Drehmotor bestehen, wobei der Bohrstrang aus einem inneren
Strang von miteinander durch Muffen zu verbindenden Bohrstangen mit an der vorderen
Bohrstange angeordneter Zentralbohrkrone und einem zweiten Strang von miteinander
durch Muffen zu verbindenden äußeren Gestängerohren mit am vorderen Rohr angeordneter
Kernbohrkrone gebildet ist. Das einzubringende Gestängerohr bzw. der Gestängerohrstrang
ist beim Bohrvorgang über die Bohrstange bzw. über den Bohrstangenstrang geschoben
und wird durch ein an der Bohrstange befestigtes Treibstück, unmittelbar der mit
der Kembohrkrone hergestellten Erweiterungsbohrung folgend, durch das lockere Erdreich
bis in das feste Gebirge durch Drehen oder Schlagen nachgeschoben. Nach dem Einbringen
des Gestängerohres bis zum festen Gebirge wird der Bohrvorgang nur noch mit den
Bohrstangen unter jeweiliger Hinzufügung weiterer Bohrstangen bis zur gewünschten
Tiefe des Bohrloches fortgeführt, wobei das Gestängerohr in der Erweiterungsbohrung
verbleibt und das lockere Erdreich abstützt.
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Bei Bohrgeräten der vorgenannten bekannten Art besteht das Problem,
möglichst viel Schlag- und Drehenergie an die Zentralbohrkrone und die Kernbohrkrone
zu übertragen, um den Bohrvorgang wirtschaftlich durchführen zu können.
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Zur Lösung dieses Problems und zur weiteren besonders vorteilhaften
Gestaltung des Bohrgerätes wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die hinteren
Enden der Bohrstangen und der äußeren Gestängerohre durch ein Kopfstück miteinander
schlag-und drehfest zu verbinden, das Kopfstück mit einem die Dreh- und Schlagverbindung
zwischen Drehmotor und Schlagmotor einerseits und des Bohrstranges andererseits
herstellenden Einsteckende zu versehen und sowohl das Kopfstück als auch die Bohrstangen
und die äußeren Gestängerohre mit ringförmigen, senkrecht zur Bohrachse liegenden
Schlagübertragungsflächen auszurüsten. Die Bohrstangen werden dabei in besonders
vorteilhafter Weise mittels Rundgewinde und die äußeren Gestängerohre mittels Trapezgewinde
mit dem Kopfstück verbunden, wobei das hintere Ende der Bohrstangen in eine zentrale
Rundgewindebohrung des Kopfstückes und das hintere Ende der äußeren Gestängerohre
in eine festhaltbare, mit innerem Rundgewinde versehene Muffe eingeschraubt sind
und diese Muffe mit innerem Trapezgewinde auf das Kopfstück aufgeschraubt ist. In
besonders zweckmäßiger Ausbildung sind die Bohrstangen und die äußeren Gestängerohre
wahlweise gemeinsam oder
getrennt mit dem Schlagmotor und dem Vorschubmotor
antriebsmäßig verbindbar und weiter der Schlagmotor und der Drehmotor auf einem
gemeinsamen, den Schlag- und Drehantrieb enthaltenden Gehäuse angeordnet und die
Drehung des Drehmotors auf das in dem Gehäuse drehbar gelagerte und das Einsteckende
der Bohrstange antreibend umgebende Bohrfutter durch einen nachstellbaren und durch
Austausch von Kettenrädern auf verschiedene übersetzungen einstellbaren Kettentrieb
übertragbar. In besonders zweckmäßiger Weise ist das Bohrfutter mit einer Zentralbohrung
mit zwei zueinander parallel liegenden Seitenflächen ausgerüstet und das Einsteckende
des den Bohrstrang tragenden Kopfstückes mit einem dieser Zentralbohrung im Querschnitt
angepaßten und darin axial verschiebbar gelagerten Führungsteil versehen und die
Zentralbohrung des Bohrfutters durch eine Endbüchse verschlossen, die eine der Zentralbohrung
des Bohrfutters im Querschnitt entsprechende Zentralbohrung aufweist, welche bei
in das Bohrfutter eingefügtem Einsteckende des Kopfstückes um 90° zur Zentralbohrung
des Bohrfutters verdreht festgelegt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht des Gerätes, F i g. 2 einen senkrechten Schnitt
eines fertigen Bohrloches durch lockeres Erdreich, einen Gesteinsbrocken und darunterliegendes
Gebirge, F i g. 3 in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Längsschnitt durch die
schlagende und drehende Bohrmaschine mit eingesetztem Anschlußstück des Bohrstranges,
F i g. 4 einen Bohrstrang in teilweise senkrechtem Schnitt, F i g. 5 einen Querschnitt
durch einen Teil der Bohrmaschine nach Linie V-V in F i g. 3, F i g. 6 einen Querschnitt
durch das Anschlußende der Bohrmaschine nach Linie VI-VI in F i g. 3, F i g. 7 einen
Querschnitt durch den Kettentrieb der Bohrmaschine nach Linie VII-VII in F i g.
3 und F i g. $ einen Querschnitt durch eine Bohrstange nach Linie VIII-VIII i F
i g. 4.
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In den F i g. 1 und # ist ein festes Gebirge 2 durch Erdreich 1 abgedeckt.
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Die obere Schicht 3 des Erdreiches besteht z. B. aus verhältnismäßig
wejchen Lockerschichten und die tiefere Schicht 4 aus hartem Ton oder Moränenschutt
mit darin eingelagerten größeren Gesteinsbrocken 5. Es kommt auch oft vor, daß das
von den Lockerschichten bedeckte Gebirge verwittert ist, so daß es notwendig ist,
eine gewisse Strecke durch loses Geröll hindurch zu bohren, bevor die Bohrung auf
festes Gebirge stößt.
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Das zum Bohren von Löchern in das vom lockeren Erdreich bedecktem
Gebirge dienende Gerät ruht auf mehreren Schienen 6 aus einem entsprechenden Stahlprofil,
die auf den Boden parallel zueinander gelegt sind und eine Laufbahn für einen aus
entsprechenden Stahlträgern bestehenden Rahmen 7 mit Laufrädern 8 bilden. Querteile
des Rahmens 7 bilden ihrerseits eine Laufbahn für einen quer zur Bewegungsrichtung
des Rahmens 7 beweglichen weiteren Rahmen 9 mit Laufrädern 10. Der Rahmen 9 trägt
ein Bohrgerüst 11 mit einer schlagenden und drehenden Bohrmaschine. Das Bohrgerüst
besteht aus zwei parallelen Längsschienen 12, die mit Hilfe von Längs-und Querträgern
13, 14 zu einem festen Gerüst verbunden sind. Das Bohrgerüst 11 ist um eine Achse
15 schwenkbar auf dem Rahmen 9 gelagert und mittels zweier etwa in der Mitte seiner
Länge angreifender Stahlstützen 16 abgestützt. Die Stahlstützen 16 sind einerseits
durch in Konsolen 17 des Bohrgerüstes eingreifende Bolzen 18 am Bohrgerüst 11 und
andererseits mittels Bolzen 21 und Lagerböcken 19 am Rahmen 9 angelenkt. Die Lagerböcke
19 sind mittels Klemmschrauben 20 am Rahmen 9 in der erforderlichen Stellung festzulegen.
Das Bohrgerüst 11 trägt einen reversiblen pneumatischen Vorschubmotor 22, der mit
Druckluft durch einen Schlauch 23 gespeist wird. Der Vorschubmotor enthält ein Antriebszahnrad
24 für eine Vorschubkette 25, die über Umlenkrollen 26, 27 und 28 geführt ist. Eine
der Umlenkrollen, z. B. die Umlenkrolle 27, kann zum Spannen der Kette in bekannter
Weise als Spannrolle ausgestattet sein. Die Kette 25 ist an einem Schlitten 29 befestigt,
der auf den Flanschen 30 (F i g. 7) der Längsschienen 12 des Bohrgerüstes gleitet
und einen Schlagmotor 31 und einen davon getrennten reversiblen Drehmotor 32 trägt.
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Der Schlagmotor wird in bekannter Weise durch einen Schlauchanschluß
33 mit Preßluft und durch einen Schlauch 34 mit Spülwasser gespeist, während der
Drehmotor für die Drehung in beiden Richtungen mit zwei Preßluftschläuchen 35 versehen
ist. Der Schlagmotor 31 enthält in bekannter Weise ein Zylindergehäuse 36 (F i g.
3) mit einem Hammerkolben 37, dessen Hin- und Herbewegung durch ein Verteilerventil
38 im Motorkopf 39 in bekannter Weise gesteuert wird.
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Eine zentral angeordnete Stange 40 mit Drallzügen greift in eine Gegenführung
41 im Kolben 37 ein, um den Kolben hin- und herzudrehen und dadurch seine ungleichmäßige
Abnutzung zu vermeiden.
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Das Zylindergehäuse 36 ist durch Schraubenbolzen 43 mit einem weiteren
Zylindergehäuse 42 und dieses wiederum mit dem Schlitten 29 verbunden.
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Das Zylindergehäuse 42 enthält eine Endbüchse 44 und Innenbüchsen
45, 46, in denen ein Kopfstück 47 mit seinem aus zylindrischen Teilen 48 und 49
gebildeten Einsteckende drehbar gelagert ist. Das Kopfstück ist zwischen den zylindrischen
Teilen 48, 49 mit einem Führungsteil 50 versehen, der kreisbogenförmige und dazwischen
parallel zueinander liegende gerade Seitenflächen aufweist (F i g. 5).
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Dieser Führungsteil 50 paßt in ein Bohrfutter 51, das in dem Zylindergehäuse
42 drehbar gelagert ist und eine dem Führungsteil im Querschnitt angepaßte Zentralbohrung
52 besitzt, in welche der Führungsteil 50 axial verschiebbar, aber nicht drehbar
aufgenommen ist. Die Endbüchse 44 ist mit einer der Zentralbohrung 52 entsprechenden
Zentralbohrung 53 versehen (F i g. 6), durch welche der Führungsteil 50 in axialer
Richtung gleiten kann und welche durch Drehung der Endbüchse 44 mit der Zentralbohrung
52 zur Deckung gebracht werden kann. Das Bohrfutter 51 ist mit einem Gewindeende
55 versehen, auf welches eine Mutter 54 aufgeschraubt ist. Die Endbüchse 44 weist
seitliche Zapfen oder Klauen 57 auf, die in Ausnehmungen 56 des Bohrfutters 51 hineinpassen,
so daß beim Anziehen der Mutter 54 die Endbüchse 44 in einer Lage festgespannt werden
kann, in welcher sich die Zentralbohrungen 52 und 53 nicht decken. Hierdurch verhindert
die Endbüchse 44 das Heraustreten des Kopfstückes 47 aus dem Bohrfutter 51. Am Führungsteil
50 des Kopfstückes sind
obere und untere Schultern 58 und 59 ausgebildet,
die mit entsprechenden Schultern 60 und 61 der Innenbüchse 45 und der Endbüchse
44 zusammenwirken.
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Das Spülwasser gelangt vom Schlauch 34 durch die Stange 40 in eine
im Hammerkolben 37 liegende Zentralleitung 62 und aus dieser durch eine Zentralbohrung
63 (F i g. 4) des Kopfstückes 47 in die Bohrstangen. Eine im Einsteckende des Kopfstückes
liegende Dichtung 64 umgibt die Zentralleitung 62, so daß ein hoher Spüldruck aufrechterhalten
werden kann.
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Zur Drehung des Bohrfutters 51 und des Kopfstückes 47 trägt das Bohrfutter
ein Kettenrad 65, das mittels einer Kette 66 von einem Kettenrad 67 angetrieben
wird. Dieses Kettenrad sitzt auf einer Ausgangswelle 68 eines in einem Getriebegehäuse
69 gelagerten Reduktionsgetriebes 70, das durch den reversiblen als Preßluftmotor
ausgebildeten Drehmotor 32 betätigt wird. Das Getriebegehäuse 69 wird von einem
zweiten Getriebegehäuse 71 getragen, das einen Teil des Zylindergehäuses 42 bildet,
den Kettentrieb 65, 66, 67, 73 aufnimmt und unten durch eine abnehmbare Platte 72
abgeschlossen ist, nach deren Entfernung eine Inspektion des Kettentriebes und eine
Einstellung der Kettenspannung möglich ist. Die Kette 66 läuft zu diesem Zweck über
ein weiteres Kettenrad 73, das auf einem Zapfen 74 gelagert ist, der seinerseits
von einem Schlitten 75 getragen wird, der mit Hilfe einer Stellschraube 76 zur Einstellung
der Kettenspannung verschoben werden kann. Die Anordnung erlaubt ferner, die Kettenräder
65, 67 gegen andere Kettenräder auszutauschen, um das übersetzungsverhältnis zwischen
dem Drehmotor 32 und dem Bohrfutter 51 zu ändern.
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Das Bohrgestänge besteht aus dem Kopfstück 47 und einer Anzahl von
Bohrstangen 77 (F i g. 4), die mit äußerem Rundgewinde versehen sind. Die einzelnen
Bohrstangen werden mit Hilfe von Muffen 78 zusammengehalten, die mit entsprechendem
innerem Rundgewinde 79 ausgestattet sind. Das Kopfstück 47 endet in einem Verbindungsstück
80, das mit einer Zentralbohrung mit Rundgewinde 79 versehen ist. Dieses Rundgewinde
entspricht dem äußeren Rundgewinde der Bohrstange 77. So werden mit dem Verbindungsstück
80 des Kopfstückes 47 und untereinander eine beliebige Anzahl Bohrstangen 77 miteinander
verbunden. Die unterste Bohrstange 77 ist mit einer Zentralbohrkrone 81 mit Hartmetallschneiden
versehen, die mit einem mit Gewinde versehenen Schaft 82 an die unterste Bohrstange
77 mittels einer Muffe 78 angeschraubt ist. Eine entsprechende Anzahl von äußeren
Gestängerohren 83 ist durch Muffen 84 miteinander verbunden und mit einer Muffe
85 an dem Verbindungsstück 80 des Kopfstückes 47 angeschlossen. Mit dem untersten
Gestängerohr 83 ist mit Hilfe einer Muffe 87 eine ringförmige Kernbohrkrone 86 verbunden.
Sämtliche Gestängerohre 83 sind mit äußerem Rundgewinde 88 versehen, und die Muffen
85, 84 und 87 mit entsprechendem innerem Rundgewinde. Die obere, das erste Gestängerohr
83 an das Kopfstück 47 anschließende Muffe 85 hat zusätzlich inneres Trapezgewinde
89, das in entsprechendes äußeres Trapezgewinde des Verbindungsstückes 80 eingreift.
Die Muffe 85 trägt auf der Außenseite einen Sechskant 91. Die Bohrstangen 77 sind
in der Nähe der mit Gewinde ausgestatteten Enden mit flachen Schlüsselgriffen 92
ausgestattet, um die Bohr-Stangen mit Hilfe eines angesetzten Werkzeuges, z. B.
eines Bohrschlüssels, drehen bzw. festhalten zu können. Die Bohrstangen 77 besitzen
selbst einen zentralen Spülwasserkanal93, der mit der Zentralbohrung 63 des Kopfstückes
47 in Verbindung steht. Die Spülwasserkanäle 93 der Bohrstangen 77 führen das Spülwasser
bis an die Zentralbohrkrone 81, bei der es durch Öffnung 94 hinaustritt.
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Der Hammerkolben 37 übt Schläge auf das Kopfstück 47 aus, von dem
sie sich durch die Stirnfläche 95 der Zentralbohrung im Verbindungsstück 80 des
Kopfstückes auf die Stirnfläche 96 der obersten Bohrstange 77 und von hier durch
die gegeneinanderstoßenden Stirnflächen 98 der weiteren Bohrstangen auf die Stirnfläche
99 des Schaftes 82 der Zentralbohrkrone 81 fortpflanzen. Ferner werden die Hammerschläge
von dem Kopfstück durch eine Schulter 100 und einen Innenflansch 101 der Muffe 85
auf die Stirnfläche 102 des ersten äußeren Gestängerohres 83 übertragen und von
hier durch die gegeneinanderstoßenden Stirnflächen 103 der folgenden Gestängerohre
auf eine Stirnfläche 104 der Kernbohrkrone 86.
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Eine Preßluftwinde 106 (F i g. 1) steht durch ein Zugseil 107 od.
dgl., das über eine oben im Gerüst angeordnete Umlenkrolle 108 läuft, mit
den äußeren Gestängerohren in Verbindung, um diese, wenn dazu nicht der Vorschubmotor
benutzt werden soll, zu betätigen.
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Eine in F i g. 1 angedeutete Schalttafel 105 trägt die nicht dargestellten
Steuerventile mit ihrenBedienungshebeln 110, 111, 112, 113,114 für die verschiedenen
Maschinenteile, z. B. zur Steuerung des umkehrbaren Vorschubmotors 22, des Schlagmotors
31, des Spülwasserzuflusses, des umkehrbaren Drehmotors 32 und der Preßluftwinde
i06.
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Das Herstellen von Bohrlöchern in von lockerem Erdreich bedecktem
festem Gebirge erfolgt nun in folgender Weise: Je nach der Beschaffenheit und der
Mächtigkeit des lockeren Erdreiches über dem festen Gebirge werden eine oder mehrere
Bohrstangen 77 und eine entsprechende Anzahl äußerer Gestängerohre 83 mit der Zentralbohrkrone
81 und der ringförmigen Kernbohrkrone 86 und dem Kopfstück 47 vereinigt, wobei die
Zentralbohrkrone 81 um ein gewisses Stück über die ringförmige Kernbohrkrone 86
hervorsteht. Der aus Bohrstangen 77 und äußeren Gestängerohren 83 bestehende Bohrstrang
wird nun durch das lockere Erdreich mit Hilfe des Vorschubmotors 22 und des Drehmotors
32 vorgetrieben, wobei Spülwasser durch die Bohrstangen fließt. Wenn im an sich
lockeren Erdreich die Bohrkronen auf harte Schichten oder Gesteinsbrocken stoßen,
wird der Schlagmotor 31 argelassen und betätigt. Ist mit der augenblicklichen Länge
des Bohrstranges die größte Bohrtiefe # er= reicht, dann werden der Schlagmotor
31 und der Drehmotor 32 angehalten, die Spülwasserzufuhr unterbrochen und die Muffe
85 von dem obersten Gestängerohr 83 abgedreht. Die oberste Bohrstange wird .durch
Ansetzen eines Bohrschlüssels an den Schlüsselgriffen 92 festgehalten und nun durch
Umlauf des Drehmotors 32 in umgekehrter Richtung das Kopfstück 47 von der obersten
Bohrstange 77 abgeschraubt. Die gesamte Bohrmaschine wird jetzt mit Hilfe des Vorschubmotors
22 so weit nach oben gezogen, daß eine Muffe 78 und eine weitere Bohrstange 77 an
das freie Ende der bisher obersten Bohrstange 77 angeschraubt werden kann, und ein
weiteres Gestängerohr
83 mit der zugehörigen Muffe 84 wird über
die jetzt oberste Bohrstange geschoben und mit dem vorhergehenden Gestängerohr verschraubt.
Mit Hilfe des Vorschubmotors 22 wird dann die gesamte Bohrmaschine mit dem Kopfstück
47 wieder abgesenkt und die Gestängerohre sowie die Bohrstangen mit dem Verbindungsstück
80 und der Muffe 85 durch Umlauf des Drehmotors 32 in Vorwärtsrichtung verschraubt.
Die Bohrarbeit kann dann weitergehen, und zwar bohren die Zentralbohrkrone und die
ringförmige Kernbohrkrone wie bisher weiter.
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Mit dem aus der Zentralbohrkrone, der ringförmigen Kernbohrkrone,
den Bohrstangen, den äußeren Gestängerohren und dem Kopfstück bestehenden Bohrstrang
wird nun weitergebohrt, bis das feste Gebirge 2 unterhalb des lockeren Erdreiches
erreicht ist. Der Bohrvorgang wird noch eine Weile fortgesetzt, bis mit der ringförmigen
Kernbohrkrone im Gebirge eine geringe Anbohrung 115 (F i g. 2) erfolgt ist. Ist
die ringförmige Kernbahrkrone 86 etwa 10 bis 25 cm in das Gebirge eingedrungen,
wird die Bohrmaschine angehalten und die Muge 85 von dem Kopfstück 47 durch Abschrauben
der Seite mit dem Trapezgewinde 89 getrennt. Die miteinander verbundenen Bohrstangen
77 werden mit Hilfe des Vorschubmotors 22 angehoben und eine weitere Bohrstange,
wie oben beschrieben, oben aufgesetzt. Die Bohrung wird nun allein mit den Bohrstangen
weiter vorgetrieben.
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Hat das Bohrloch 116 die gewünschte Tiefe erreicht, werden die Bohrstangen
77 mit der Zentralbohrkrone 81 mit Hilfe des nunmehr rückwärts laufenden Vorschubmotors
22 aus dem Bohrloch herausgezogen, während die äußeren Gestängerohre 83 in dem Bohrloch
verbleiben, um dieses gegen Einfallen von Erdreich und anderem Material zu schützen.
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Nun kann z. B. zum Einbringen von Zement, Sprengstoff od. dgl. in
das Bohrloch ein Rohr 117 aus Kunstharz oder anderem billigen Material, das mit
einem einfachen Dichtungsring 118 am unteren Ende versehen ist, durch den von den
Gestängerohren 83 eingeschlossenen Hohlraum in das Bohrloch 116 eingeführt werden,
wobei der Dichtungsring 118 mit der oberen Wandung des Bohrloches 116 einen
Abschluß bildet, um zu verhindern, daß Sand, Ton usw. in das Bohrloch einfallen
können. Ist das Rohr 117 in dem , Bohrloch sicher verankert, wird das Zugseil
107 an das obere Ende der Gestängerohre befestigt und diese mit Hilfe der
Preßluftwinde 106 aus dem Bohrloch herausgezogen, wobei das Rohr 117 in dem Bohrloch
verbleibt. Ist das Bohrloch auf diese Weise gesichert, wird das ganze Bohrgerät
durch Verschieben auf den Schienen 6 und/oder auf dem Rahmen 7 oder durch Verschwenken
um die Achse 15 in die erforderliche nächste Stellung gebracht, und das nächste
Bohrloch kann in Angriff genommen werden.