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Bohrgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät mit einem Bohrwerkzeug,
das von einem mit ihm fest verbundenen Vibrationsgerät angetrieben ist.
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Es ist bereits bekannt, Bohrungen als Schlagbohrung durchzuführen,
wobei in einer bestimmten Zeiteinheit eine Anzahl von Schlägen gegen das sich drehende
oder auch gegen Drehung gesicherte Bohrwerkzeug ausgeübt wird. Diese Schlagbohrungen
sind jedoch auf vergleichsweise kurzen Vortrieb beschränkt. Bei der Herstellung
tiefer Bohrlöcher wendet man auch bereits ein schlagendes Prinzip an, das sich jedoch
darin erschöpft, daß das Werkzeug angehoben, etwas gedreht und dann wieder fallen
gelassen wird.
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Die Wirkung von Vibrationen auf Werkzeuge und der damit erzielbare
höhere Nutzeffekt ist an sich bereits bekannt. Durch die Erfindung soll ein Bohrgerät
zum Vortreiben von Bohrlöchern mit einem mittels eines Vibrationsgerätes angetriebenen
Werkzeug geschaffen werden, das es ermöglicht, nicht nur kurze Bohrlöcher, wie sie
beispielsweise als Sprenglöcher vorgetrieben werden, sondern ausreichend tiefe Bohrlöcher
beliebigen Durchmessers vorzutreiben.
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Es ist bereits ein elektromagnetisch angetriebenes Stoßbohrwerkzeug
für Tiefbohrungen bekannt, bei dem ein elektromagnetischer Vibrator in einer Seilhülse
angeordnet ist, welcher über diese Seilhülse das Bohrwerkzeug in vertikaler Richtung
in Schwingungen.versetzt (deutsche Patentschrift 959 995).
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Bei einem anderen schwingenden Bohrverfahren (deutsche Patentschrift
932182) ist innerhalb eines Rohres ein Innengestänge eingesetzt, das sich an die
Innenwand des Rohres anlegt und daran haftet, aber abrollen kann. Durch Verdrehen
des Gestänges über eine Kreuzgelenkverbindung mittels eines Motors rollt die Stange
ab und erzeugt dabei horizontal gerichtete Schwingkräfte.
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Mit beiden Geräten ist es jedoch nicht möglich, ausreichend tiefe
Bohrlöcher beliebigen Durchmessers vorzutreiben, weil es dazu einer Drehbewegung
des Bohrgerätes bedarf, die bisher nur von außen her auf das Bohrwerkzeug übertragen
werden konnte.
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Die Erfindung schlägt demgegenüber vor, daß das Vibrationsgerät z.
B. ein Unwucht- oder Schlaggerät exzentrisch zur Bohrlochachse mit dem Bohrwerkzeug
verbunden ist und Schwingungen ausführt, die in eine in Achsrichtung des Bohrloches
und in eine tangential zum Bohrloch angreifende Komponente zeriegbar sind. Damit
ist es beispielsweise bei Bohrmeißeln möglich, ein Bohrloch von beliebigem Durchmesser
vorzutreiben oder beispielsweise bei der Verw;.ndung von Rollenbohrmeißeln ein Vorbohrloch
in beliebiger Weise zu erweitern und dabei gegebenenfalls Durchmesser bis zu 2 m
und mehr zu erreichen.
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Ein besonderer Vorteil des Erfindungsprinzips ist darin zu sehen,
daß Gestänge und Verbindungselemente mit Ausnahme von einfachen Zuführungskabeln
oder -leitungen für den Antriebsmotor des V ibrationsgerätes vollständig in Wegfall
kommen können, d. h., daß das Bohrwerkzeug lediglich gestängelos im Bohrloch zentrisch
geführt wird. Es bedarf dann nur einer Aufhängevorrichtung für das Gerät, die es
ermöglicht, das Gerät gegebenenfalls aus dem Bohrloch wieder zu entfernen.
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Selbstverständlich schließt die Erfindung eine Konstruktion nicht
aus, bei der die Drehbewegung nicht durch das Zusammenwirken der Antriebskomponenten
des Vibrationsgerätes, sondern zusätzlich dazu oder allein durch einen eigenen Antrieb,
beispielsweise über ein Gestänge, bewirkt wird.
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Das Erfindungsprinzip ist auch auf das Erweitern von Bohrlöchern mittels
eines Gerätes mit an radialen Armen angeordneten Schneidwerkzeugen anwendbar.
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Bei den bekannten Geräten dieser Art erfolgt der Antrieb über ein
die radialen Arme tragendes Gestänge, wobei sich die am Ende der radialen Arme sitzenden
Schneidwerkzeuge, die vorzugsweise die Form von Schneidrollen aufweisen, über der
Sohle des entsprechenden Bohrloches abwälzen und diese dadurch absenken.
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Der Bohreffekt bei solchen Geräten ist im Vergleich zu der aufgewendeten
Maschinenleistung verhältnismäßig gering. Außerdem ist in vielen Fällen die Anordnung
des Gestänges hinderlich. Durch die angegebene Änderung des Erfindungsprinzips mit
dem Ziel der Anpassung an die Probleme beim Erweiterungsbohren, lassen sich diese
Schwierigkeiten vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß in Anwendung des Prinzips der
exzentrischen Anordnung des Vibrationsgerätes, derart, daß seine Kraftrichtung in
eine in Achsrichtung des Bohrloches und in eine tangential zum Bohrloch angreifende
Komponente zerlegbar ist, dadurch erreicht, daß an einem im Vorbohrloch geführten
Träger vertikal verschwenkbare Arme angeordnet sind, die an ihrem freien Ende ein
Bohrwerkzeug und zwischen diesem
Bohrwerkzeug und ihrem Drehpunkt
am Träger das Vibrationsgerät tragen. Die Arme sind dabei gegenüber dem Träger vorzugsweise
abgefedert.
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Zur Erläuterung der zur Anwendung kommenden, durch das, Vibrationsgerät
erzeugten Schwingungen sei noch auf folgendes hingewiesen. Führt ein zu einer Achse
exzentrischer Massenpunkt um diese Achse eine kreisende Bewegung aus, dann werden
die Lager dieser Achse im Sinne einer Kreisschwingung beansprucht. Die gleiche Beanspruchung
ergibt sich bei Belastung der Achse durch zueinander senkrecht schwingende Massenpunkte,
deren Bewegungsrichtungen sich in dieser Achse schneiden, wenn diese beiden Bewegungen
so aufeinander abgestimmt sind, daß bei maximalem Ausschlag des einen Massenpunktes
der andere seinen Nullwert, d. h. den Ort der Achse durchläuft. Selbstverständlich
läßt sich diese überlegung umkehren, so daß eine Kreisschwingung als Kombination
zweier zueinander senkrechter Schwingungen angesehen werden kann.
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Durch Kombination zweier gegenläufiger Kreisschwingungen lassen sich
gerichtete lineare Schwingungen beliebiger Neigung gegen die Vertikale erzeugen,
die ebenfalls als aus einer Vertikalkomponente und einer Horizontalkomponente zusammengesetzt
aufgefaßt werden können und zur Verwirklichung des Erfindungsprinzips herangezogen
werden können.
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Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
und zwar in F i g. 1 ein Gerät zur Herstellung eines Bohrloches mit Hilfe eines
mit Rollenmeißeln bestückten Bohrwerkzeugkopfes, F i g. 2 ein Gerät zur Herstellung
eines Erweiterungsbohrloches, insbesondere unter Verwendung von Rollenmeißeln, und
F i g. 3 ein Gerät zur Herstellung eines Erweiterungsbohrloches mit Hilfe von Rollenmeißeln,
bei dem jedoch das Vibrationsgerät mit dem Rollenmeißel eine Einheit bildet.
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Man erkennt aus F i g. 1 einen oberen Teil 1 mit einer Befestigungsöse
2, an der das gesamte Gerät aufgehängt ist. Die von oben her geführten Vorrichtungen
zur Energiezufuhr zu dem Vibrationsgerät sind in der Zeichnung der ürbersichtlichkeit
halber weggelassen. Der Teil 1 ist mit Hilfe der Führungen 3 im Bohrloch
4 geführt. Er trägt den Antriebsmotor 5 des Vibrationsgerätes 6, das
beim dargestellten Ausführungsbeispiel über Riemenscheibenantrieb 7 angetrieben
wird. Das Vibrationsgerät 6 sitzt an dem zweiten Teil 8 des Gerätes, der mit Hilfe
der Führungen 9 im Bohrloch geführt ist und' an seinem unteren Ende einen
Rollenmeißel 10 mit den Rollen 11,
12 trägt. Der Antriebsmotor
5 und das Vibrationsgerät 6 sind gegenseitig durch Federn
13 abgestützt. Selbstverständlich kann der Antriebsmotor 5 auch ein geschlossenes
Aggregat mit dem Vibrationsgerät 6 bilden. Die wiedergegebene Ausführungsform
ist deshalb nur als Ausführungsbeispiel gedacht.
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Man kann die in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsformen
auch dahingehend abändern, daß man ein übliches Aggregat mit dem Rollenmeißel 10
verwendet, das beispielsweise von über Tage mit Hilfe eines Gestänges in eine Drehbewegung
versetzt wird, wobei man die Vortriebswirkung dieses Gerätes durch Anbau des Vibrationsgerätes
5, 6 wesentlich erhöhen kann, wie die Erfahrung gezeigt hat.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind ebenfalls wieder ein Oberteil
21 und ein unterer Teil 28
vorgesehen, wobei in diesem Fall das Bohrwerkzeug
in Form einer Bohrrolle 22 zwischen den beiden Führungen 23 und 29 sitzt.
Ansonsten entspricht diese Konstruktion im wesentlichen der nach F i g. 1. Man erkennt
bei 26 das Vibrationsgerät, bei 25 dessen Antriebsmotor und bei 27 den Riemenantrieb
zwischen den Teilen 25 und 26.
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F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der den einzelnen Bohrrollen
die Vibrationsgeräte unmittelbar zugeordnet sind. Ein Träger 31 ist mit Hilfe der
Führungen 32 und 33 im Bohrloch 34 geführt. An ihm sind durch Gelenke bei 35 und
36 Arme 37 und 38 befestigt, die je ein Vibrationsgerät 39 und
40 aufnehmen. Dieses Vibrationsgerät besteht aus einem Antriebsmotor und
einem Vibrationsteil und kann in an sich bekannter Weise beliebig ausgebildet sein.
Bei 41 und 42 sind diese Arme 37 und 38 federnd gegen den Träger 31 abgestützt.
Bei 43 und 44 erkennt man die Bohrrollen.
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Selbstverständlich können die in den Zeichnungen wiedergegebenen Bohrwerkzeuge
durch jede andere Ausführungsform eines Bohrwerkzeuges ersetzt werden. Auch bei
der Ausführungsform nach F i g. 3 ist auf die Zuführung der Energie zu den einzelnen
Vibrationsgeräten nicht eigens hingewiesen. Diese erfolgt in dem Fachmann naheliegender
oder an sich bekannter Weise.