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Bohrmaschine für das Bohren in Gestein Bei Bohrmaschinen für das Bohren
in Gesteinen mit einer oder mehreren hintereinandergeschalteten mechanisch vorgeschobenen
Bohrstangen wurde zur Vermeidung der durch den Rücklauf der Bohrspindel entstehenden
Leerlaufzeit bereits vorgeschlagen, die Maschine so auszubilden, daß das Bohrgestänge
durch die Maschine oder einen Teil derselben hindurchläuft und dabei das Drehmoment
und die Vorschubkraft von der Maschine auf das Gestänge durch greifende oder abwälzende
Elemente übertragen werden. Diese Elemente bestehen aus Mitnehmern, welche die Bohrstange
abwechselnd vorschieben, wobei der eine während des Vorlaufes des anderen unter
Freigabe der Bohrstange zurückläuft. Ferner sind die Mitnehmer so ausgebildet, daß
sie gleichzeitig sowohl das Antriebsdrehmoment übertragen als auch für den Vorschub
der Bohrstange sorgen. Die Steuerung für diese Mitnehmer ist nun verhältnismäßig
aufwendig, vor allem auch deshalb, weil die Mitnehmer nach ihrem Rücklauf wieder
genau in das Bohrstangengewinde eingreifen müssen, wozu der Rücklaufweg der Mitnehmer
ein ganzes Vielfaches der Gewindeteilung der Bohrstange betragen muß.
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Die Erfindung schafft eine Bohrmaschine der vorgenannten Art, die
besonders einfach und zweckmäßig, insbesondere hinsichtlich der Steuerung der drehmomentübertragenden
Elemente ist, wobei nicht nur der Rücklauf der Bohrspindel vermieden wird, sondern
eine solche überhaupt wegfallen kann. Erfindungsgemäß besitzt die Bohrmaschine wenigstens
zwei drehmomentübertragende Mitnehmer, die abwechselnd eine Rücklaufbewegung unter
gleichzeitiger relativer Drehung gegenüber der Bohrstange entsprechend deren Gewindesteigung
ausführen, sowie ein rotierendes, jedoch axial feststehendes, gewindemutterartig
in das Bohrstangengewinde eingreifendes Vorschubelement. Die Mitnehmer sind mit
Spannelementen versehen, die auf die Bohrstange eine durch das auf den Mitnehmer
wirkende Antriebsdrehmoment hervorgerufene Klemmwirkung ausüben. Werden die Spannelemente
so weit geöffnet, daß sie zwar die Bohrstange nicht mehr festhalten, zum Teil jedoch
noch in die Gewindegänge eingreifen, dann schrauben sich die Mitnehmer bei ihrer,
durch irgendeine Kraft hervorgerufenen Rücklaufbewegung in einer der Gewindesteigung
der Bohrstange entsprechenden Schraubenbahn zurück, so daß beim erneuten Eingriff
des Mitnehmers immer die richtige Lage der Spannelemente zum Gewindeprofil der Bohrstange
gewährleistet ist. Zusätzlich ist noch der Vorteil gegeben, daß die öffnungs- und
Schließbewegung der Spannelemente gegenüber der Flankenhöhe des Bohrstangengewindes
klein gehalten werden kann.
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Wie schon erwähnt, sind die drehmomentübertragenden Mitnehmer so ausgebildet,
daß das auf sie wirkende Antriebsdrehmoment der Maschine gleichzeitig das kraftschlüssige
Anlegen der Spannelemente an die Bohrstange besorgt. Ein weiterer Vorteil besteht
in der Trennung zwischen Drehmomentübertragung und Vorschub durch das Vorsehen eines
besonderen Vorschubelementes und dessen zweckmäßige Ausbildung. Dieses Vorschubelement
braucht selbst keine axiale Bewegung zu vollziehen, sondern rotiert lediglich, wobei
der Vorschub der Bohrstange dadurch erfolgt, daß das Vorschubelement nach Art einer
Gewindemutter ausgebildet .ist. Zweckmäßig wird dieses Vorschubelement in Bohrrichtung
hinter den drehmomentübertragenden Mitnehmern angeordnet, wodurch bei einem zusammengesetzten
Bohrgestänge die Verbindungsstelle zwischen zwei Bohrstangen nach ihrem Passieren
des Vorschubteiles in axialer Richtung unter dem Bohrdruck steht und wie ein zusammenhängendes
Teil in die di#ehmomentübertragenden Mitnehmer hineinläuft.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Dabei zeigt F i g. 1 einen drehmomentübertragenden Mitnehmer in Seitenansicht,
teilweise geschnitten, F i g. 2 den gleichen Mitnehmer von vorn, d. h. gemäß F i
g. 1 in der Zeichnungsebene von links gesehen, F i g. 3 einen anders ausgebildeten
Mitnehmer, von vorn gesehen, F i g. 4 den gleichen Mitnehmer von oben gesehen, F
i g. 5 ein Vorschubelement im Längsschnitt und F i g. 6 ein solches andersartiges,
von oben gesehen; F i g. 7 ist die schematische Darstellung einer gesamten Bohrmaschine
der erfindungsgemäßen Art.
In den F i g. 1 und 2 besteht der drehmomentübertragende
Mitnehmer aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 1, welches zwei axial versetzte Spannbacken
2 und 3 enthält, die die Bohrstange 4 teilweise umgeben und mit ihren Innenkanten
deren Gewindeprofil angepaßt sind. An dem Gehäuse 1 befindet sich, parallel zur
Bohrstange 4 verlaufend, ein Hebel 5. Wirkt das Antriebsdrehmoment der Maschine
in Richtung des Pfeiles A auf das Hebelende 6, so werden - wie insbesondere aus
F i g. 2 ersichtlich ist - die beiden Spannbacken 2 und 3 gegen die Bohrstange 4
gedrückt und klemmen diese zwischen sich fest, so daß die Bohrstange in Drehung
versetzt wird. Das Hebelverhältnis muß selbstverständlich so bemessen sein, daß
das Moment der von den Backen 2, 3 übertragenen Reibungskraft gleich oder größer
ist als das Moment der auf den Hebel 5 wirkenden Antriebskraft. Sobald letztere
wegfällt, lösen sich die Backen 2, 3 von selbst von der Bohrstange 4, befinden sich
jedoch teilweise noch innerhalb der Gewindeflanken der Bohrstange, wodurch der Mitnehmer
bei seinem Rücklauf eine schraubenförmige Bewegung vollzieht.
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In den F i g. 3 und 4 besteht der Mitnehmer wiederum aus einem die
Bohrstange 4 umgebenden, jedoch gestängeartigen Gehäuse 7. In diesem sitzt ein winkelförmiger,
jedoch oben geschlossener Bügel 8,
und zwar schräg zur Achse der Bohrstange
9. Der Bügel 8 enthält einen Fuß 9, der, mit dem Gehäuse fest verbunden, vom Fußpunkt
des Bügels ausgehend radial verläuft und mit seinem anderen, dem Bohrstangenprofil
angepaßten Ende 11 in die Bohrstange eingreift. Die diesem Fuß 9 gegenüberliegende
Innenkante 10 des Bügels 8 ist einerseits ebenfalls dem Bohrstangenprofil angepaßt
und verläuft andererseits kurvenförmig, derart, daß ihr Abstand vom Fußpunkt kontinuierlich
zu- oder abnimmt. In der Darstellung nach Fig. 3 liegen die Kante 10 und
das Fußende 11 lose gegen die Bohrstange 4 an. Wirkt nun das Antriebsdrehmoment
der Maschine in Richtung der Pfeile B auf das Gehäuse 7 des Mitnehmers, so verdreht
sich der Bügel 8 innerhalb des Gehäuses 7, so daß durch den spiralkurvenförmigen
Verlauf der Innenkante 10 in Verbindung mit der Schrägstellung des Bügels 8 mit
dem Fuß 9 die Bohrstange 4 zwischen Innenkante 10 und Fußende 11 festgeklemmt und
damit die Bohrstange vom Mitnehmer mitgenommen wird. Fällt die Antriebskraft fort
und wird das Gehäuse 7 entgegen der Antriebskraft zurückgedreht, dann nehmen Bügel
8 und Fuß 9 wieder ihre, die Bohrtange freigebende Normalstellung ein.
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F i g. 5 und 6 zeigen zwei verschiedenartige erfindungsgemäße Vorschubelemente.
Gemäß F i g. 5 besteht das Vorschubelement aus einer Gewindemutter, die jedoch in
mehrere scheibenförmige Einzelmuttern 12 unterteilt ist. Diese Einzelmuttern sind
mittels Gummischeiben 13 elastisch in einem gemeinsamen Gehäuse 14 untergebracht
und greifen in die Gewindeflanken der Bohrstange 4 ein. Durch diese Ausbildung der
Gewindemutter wird erreicht, daß auch bei ungleichmäßiger Gewindesteigung der Bohrstange
die Mutter nicht klemmt und an mehreren Stellen trägt. Diese Mutter 14 ist ortsfest,
jedoch drehbar in der Bohrmaschine angebracht und wird vom Maschinengetriebe angetrieben.
Dadurch wird die Bohrstange 4 durch diese Mutter hindurchgeschoben.
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In F i g. 6 besteht das Vorschubelement aus einem die Bohrstange 4
umgebenden Gehäuse 15, welches wiederum ortsfest, aber drehbar in der Bohrmaschine
vorgesehen ist. In diesem Gehäuse 15 sind zwei Rollen 16 so gelagert, daß sie gegen
die Flanken der Bohrstange 4 anliegen. Wird die Bohrstange gegenüber dem Gehäuse
15 in drehende Bewegung versetzt, dann wälzen sich die Rollen 16 an den Flanken
der Bohrstange 4 ab und schieben diese in Bohrrichtung vorwärts.
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F i g. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Bohrmaschine in schematischer
Darstellung. Dabei bezeichnet 17 den Antrieb der Maschine, der an einem Gehäuse
18 sitzt, welches gleichzeitig ein Untersetzungsgetriebe enthält. Von diesem Getriebe
werden zwei ineinanderliegende gehäuseartige Gestelle 19 und 20 mit verschiedenen
Geschwindigkeiten angetrieben, wobei das innere Gehäuse 20 die größere Umdrehungsgeschwindigkeit
besitzt. Die Bohrstange 4 wird durch die gesamte Maschine hindurchgeführt, und zwar
von einem Vorschubelement 21, welches demjenigen nach F i g. 6 entspricht und am
hinteren Ende des äußeren, rotierenden Gestelles 19 befestigt ist. Die Wirkungsweise
dieses Vorschubelementes wurde vorstehend bereits erklärt. Das innere Gestänge 20
enthält die beiden Mitnehmer 22 und 23, die im dargestellten Beispiel dem Mitnehmer
nach F i g. 1 entsprechen. Die Übertragung des Drehmomentes von dem Gestell 20 auf
die Hebel s der Mitnehmer geschieht über am Gestell 20 befestigte Nocken 24 und
25 sowie Zwischenelemente 26 und 27. Letztere sitzen lose über der Bohrstange und
stehen mit den Mitnehmern 5 so in Verbindung, daß sie von diesen axial verschoben
werden können. Die Mitnehmer 22 und 23 stehen unter der Wirkung von Dreh- bzw. Zugfedern
28 und 29, welche das Bestreben haben, die Mitnehmer entgegen der Antriebskraft
zurückzudrehen und in Richtung des rückwärtigen Endes der Bohrmaschine zu ziehen.
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Die Mitnehmer 22 und 23 befinden sich also zunächst in ihrer untersten
bzw. hintersten Stellung, wobei sich die Zwischenelemente 26, 27 im Bereich der
Nocken 24, 25 befinden. Wird das Gehäusegestell 20 in Drehung versetzt, dann nehmen
die Nocken 24, 25 die Zwischenelemente 26, 27 mit, wodurch diese gegen die Hebel
5 schlagen und in Drehrichtung mitnehmen, so daß, wie vorstehend erläutert, die
Spannelemente der Mitnehmer 22, 23 sich um die Bohrstange 4 festklemmen und diese
ebenfalls mitnehmen. Gleichzeitig dreht sich das äußere Gehäusegestell 19 jedoch
mit etwas kleinerer Drehzahl als das Gehäuse 20, so daß die Rollen 16 die Bohrstange
4 nach vorwärts schieben.
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Da mit dem Vorschub der Bohrstange auch die Mitnehrrer 22, 23 und
dadurch wiederum die Zwischenelemente 26, 27 nach vorwärts wandern, gleiten die
Zwischenelemente an den Nocken 24, 25 entlang, bis sie über diese hinausgeschoben
werden, wodurch der Einfluß des Antriebsmotors auf die Mitnehmer wegfällt und diese
sich von der Bohrstange lösen. In diesem Augenblick kommen die Federn 28 und 29
zur Wirkung und führen die Mitnehmer zurück, so daß die Zwischenelemente 26, 27
wieder in den Bereich der Nocken 24, 25 zu liegen kommen und das Spiel von vorn
beginnt. Die Nocken sind nun so angebracht, daß wenigstens immer ein Mitnehmer im
Eingriff mit der Bohrstange steht, während der andere Mitnehmer seine Rückführbewegung
ausführt, so daß die Arbeit der Bohrstange 4 nicht unterbrocken
wird,
also ein dauerndes kontinuierliches Bohren möglich ist. Dieses braucht auch bei
dem Ansetzen weiterer Bohrstangen nicht unterbrochen werden, da diese einfach von
hinten angesetzt werden können und sofort unter dem Einfluß des Vorschubelementes
21 dem Bohrdruck unterliegen, somit also auch sofort anschließend an die vorhergehende
Bohrstange von den drehmomentübertragenden Mitnehmern erfaßt werden.
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Die erfindungsgemäße Bohrmaschine besitzt weiterhin den Vorteil, daß
nach Erreichen der gewünschten Bohrlochtiefe das Bohrgestänge automatisch zurückgezogen
werden kann. Zu diesem Zweck wird der Antrieb des inneren, das Drehmoment auf die
Mitnehmer übertragenden Gehäusegestelles 20 ausgekuppelt, während das äußere Gestell
19 mit dem Vorschubelement 21 weiter umläuft. Das Bohrgestänge sitzt nun zunächst
fest im Bohrloch und wird von diesem und dem Bohrmehl gebremst. Da andererseits
das Vorschubelement weiterläuft, zieht dasselbe die Bohrstange nach rückwärts. Diese
Rückwärtsbewegung kann gegebenenfalls durch eine zusätzliche, ein Drehen der Bohrstange
verzögernde Bremse beschleunigt werden.
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Das vorbesehriebene Ausführungsbeispiel läßt erkennen, daß die Erfindung
eine wesentliche Vereinfachung einer Gesteinsbohrmaschine mit kontinuierlicher Arbeitsweise
ohne Rücklauf einer Bohrspindel mit sich bringt. Durch die Erfindung fallen besondere,
sonst notwendigerweise sehr präzise Steuerungseinrichtungen weg, und es erübrigen
sich sogar Gewindespindeln für den Vorschub. Sowohl für letztere als für die übertragung
des Drehmomentes auf die Bohrstange sind lediglich verhältnismäßig einfache, in
Drehbewegung versetzte Elemente notwendig.