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Tragbares Gesteinsbohrgerät Die Erfindung bezieht sich auf tragbare
Gesteinsbohrgeräte sowie eine Halte- oder Aufhängevorrichtung, mit denen Bohrungen
in verfestigtem und losem Material hergestellt und Kernbohrungen in festem Gestein
vorgenommen werden können.
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Bisher sind derartige Bohrgeräte entweder schwer, umständlich und
schwierig zu transportieren oder leicht, zerbrechlich und unwirtschaftlich im Betrieb
gewesen. Wenn bei rauhem und schwierigem Gelände ein Transport des Gerätes erforderlich
ist, ist es notwendig, die heute erhältlichen schweren Bohrgeräte in Einzelteilen
zu verpacken, wobei üblicherweise etwa vier oder fünf Mann benötigt werden. Am Bestimmungsort
muß dann der Bohrer natürlich wieder zusammengesetzt werden, bevor er benutzt werden
kann.
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Wenn auch schon einige Versuche unternommen worden sind, leichte tragbare
Bohrgeräte zum Gewinnen von Kernproben zu benutzen, können doch die meisten bekannten
Einrichtungen nur geringe liefen erreichen und sind nicht nur so kompliziert und
teuer wie die schwereren Bohrgeräte, sondern auch unwirtschaftlich und in ihrem
Betriebsverhalten unbestimmt. Im Gegensatz hierzu ist die Bohreinrichtung gemäß
der Erfindung, die leicht tragbar ist, bereits erfolgreich beim Kernbohren von etwa
50 mm Durchmesser bei Tiefen von 150 m angewendet worden.
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Ein Hauptziel der Erfindug liegt daher darin, ein tragbares Leichtbohrgerät
zu schaffen, das entweder durch eine Brennkraftmaschine oder einen anderen Motor
angetrieben wird. Wenn die Bohrstangen eng in das Bohrloch einfassen, erfolgt durch
die plötzliche Belastung des Antriebsmotors normalerweise ein Abwürgen des Bohrmotors
dadurch, daß der Motor aus Gründen der Tragbarkeit unterdimensioniert ist und die
plötzliche Last nicht aufnehmen kann.
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Ein wesentliches Ziel der Erfindung liegt somit darin, ein Abwürgen
des Motors dadurch zu verhindern, daß zwischen dem Antriebsmotor und der Abtriebsspindel
eine Kupplung und ein Schaltgetriebe vorgesehen werden, derart, daß der Motor beschleunigt
werden kann, wenn er nicht mit der Abtriebsspindel im Eingriff steht, so daß er
seine normale Drehzahl annimmt, worauf dann eine geringe oder hohe Übersetzung eingeschaltet
wird, um den Antriebsmotor langsam zu belasten.
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Um eine zufriedenstellende Bohrung mit Gesteinsbohrern zu erzielen,
die insbesondere mit Diamanten bestückt sind, ist es erforderlich, einen ununterbrochenen
Wasserstrom zur Bohrschneide sicherzustellen. Aus diesem Grunde war es bisher üblich,
eine hohle Bohrstange und Bohrspindel zu benutzen, durch die während der DrehungWasser
zur Schneide geleitet wird.
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Dabei ist- es erforderlich, den Spülkopf jedesmal dann abzunehmen
und wieder neu anzuschließen, wenn ein neuer Abschnitt an den Bohrstrang angebracht
wird.
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Ein wichtiges Ziel der Erfindung liegt somit darin, einen Wassereinlaß
in dem Gehäuse zu schaffen, der unmittelbar zum oberen Ende der Antriebswelle führt,
die mit den Bohrstangen gekuppelt ist, während diese vollständig von den Zahnrädern
und den anderen Teilen des Bohrgerätes abgedichtet sind.
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Weiterhin soll durch die Erfindung ein abgedichteter Leckwasserauslaß
geschaffen werden, durch den jedes Wasser abgeleitet wird, das an der Wasserdichtung
vorbeileckt, wobei das Austreten von Wasser einAnzeichen für eine fehlerhafte Dichtung
darstellt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und
wird im folgenden im einzelnen erläutert.
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F i g. 1 zeigt perspektivisch eine vorzugsweise Ausführungsform eines
Bohrgerätes gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der
Fig.1; F i g. 3 zeigt einen Schnitt eines Teiles der Grundplatte längs der Linie
III-III der F i g. 1;
F i g. 4 ist eine Seitenansicht des in F i
g. 1 dargestellten Bohrgerätes, die eine Draufsicht auf die äußere Anordnung der
Getriebeschalteinrichtung erkennen läßt; F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie
V-V der F i g. 4, in dem die Anordnung der Getriebeschalteinrichtung zu erkennen
ist; F i g. 6 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5,-F i
g. 7 zeigt zum Teil im Schnitt eine Seitenansicht entsprechend den Linien VII-VII
der F i g. 5.
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Nach den F i g. 1 bis 3 weist das Bohrgerät einen Rahmen auf, der
im ganzen mit 10 bezeichnet ist und zwei parallele Ständer 11 besitzt,
die in einem vorbestimmten Abstand voneinander durch einen oberen Querträger
12 und eine rechtwinklige, kastenförmige Grundplatte 13 gehalten werden.
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Die Ständer 11 sind mit ihren unteren Enden mittels Lagerzapfen
16 an der Grundplatte 13 befestigt, welche durch Öffnungen in im Abstand
voneinander liegenden Rippen 19, 20 hindurchfassen, welche in der Nähe der
Stirnwände 21 der Grundplatte vorgesehen sind und die Seitenwände mit den Stirnwänden
verbinden. Die Lagerzapfen 16 können in bekannter Weise zum Verriegeln der
Ständer in der Bohrstellung benutzt werden. Dazu werden Muttern 22 der Zapfen
16 angezogen. Es sind Vorkehrungen getroffen, um die Grundplatte 13 mit Expansionsbolzen
26 od. dgl., die durch Bohrungen 24 in Ankerplatten 23 hindurchfassen, die auf den
Querstreben 20, 21 angebracht sind, an dem darunterliegenden Gestein 25 oder an
einer Holzplattform zu befestigen. Das Bohrgerät sitzt verschiebbar auf einer Trageinrichtung
27, die verschiebbar auf den Ständern 11
gelagert ist. Diese Trageinrichtung
27 weist je zwei obere und untere Konsolen 29, 29a und 30, 30a auf, die starr mit
Führungshülsen 28, 28 a verbunden sind, welche verschiebbar auf den Ständern
sitzen.
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Das Bohrgerät 15 wird mittels eines Kettentriebes gehoben und
gesenkt, der Ketten 31, 31 a sowie Kettenräder 32, 32a und 33, 33a
aufweist. Jede Kette 31, 31 a ist mit einem Ende mit einer der beiden unteren
Konsolen 29, 29 a verbunden und steht, nachdem sie über Leerlaufräder
32, 32a geführt ist, im Eingriff mit Antriebskettenrädern 33, 33 a. Die anderen
Enden der Ketten sind wieder mit je einer der beiden oberen Konsolen 30, 30 a verbunden.
Die Kettenräder 32, 32a sitzen drehbar am unteren Ende der Ständer 11, während
die Antriebskettenräder 33, 33a fest auf einer Welle 36 angebracht
sind, die drehbar in dem Querträger 12 gelagert ist.
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Wenn die Welle 36 z. B. mit einem Rad 37 gedreht wird,
werden auch die Kettenräder 33 gedreht, so daß das Bohrgerät über die Ketten gehoben
oder gesenkt wird.
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Die F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Kettentriebes,
bei der ein Kettenrad 33 starr an jedem Ende der Welle 36 befestigt ist, die mit
ihren Enden drehbar in Hülsen 38, 39 und 40 gelagert sind. Die Hülsen
38 und 39 sind starr im oberen Querträger 12 angebracht und liegen
in der Nähe und hinter Muffen 14. Die Hülse 40, welche die Welle 36
auf der anderen Seite des Kettenrades 33 stützt, ist in einer Konsole 41 untergebracht,
welche starr am vorderen Träger 42 des oberen Querträgers befestigt ist.
Aus dem Querträger 12 ragt seitlich ein Wellenstumpf 36a der Welle
36 heraus, auf dem ein Rad 37 sitzt, mit dem die Welle 36 gedreht werden kann. Eine
Sperrklinkenvorrichtung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wird vorzugsweise
im Querträger 12 untergebracht und dient dazu, eine Drehung der Welle 36 in einer
Richtung zu verhindern und in der anderen zuzulassen.
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Der Durchmesser des oberen Teiles jeder Muffe14 ist kleiner als der
des unteren Teiles, so daß eine Kappe 12 a mit einer Schulter 45 der Ständer 11
zum Eingriff kommen kann, wodurch der Querträger 12 formschlüssig, jedoch abnehmbar
mit den Ständern 11 verbunden wird.
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Um den Rahmen in einer geneigten Stellung feststellen zu können, sind
Halterungen für zwei Stützbeine vorgesehen. An jedem Ende des oberen Querträgers
12 sind - wie in F i g. 2 zu erkennen - mit Gewinde versehene Kupplungen 46 drehbar
angebracht, durch die die Halterungen für die Stützbeine mit dem Rahmen verbunden
werden können.
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Das Bohrgerät, welches durch einen mit 50 bezeichneten Antriebsmotor
angetrieben wird, weist ein Gehäuse auf, welches einen Gehäuseteil 52, zwei obere
Abdeckplatten 53 und 54, einen seitlichen Inspektionsdeckel 55 sowie eine Bodenplatte
56 besitzt, die sämtlich abnehmbar am Gehäuseteil 52 befestigt sind.
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Der Motor 50 ist starr auf der Abdeckplatte 53 angebracht, die, wie
die Darstellung zeigt, eine Kammer 63 bildet, welche durch eine Öffnung 64 mit der
Atmosphäre in Verbindung steht.
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Eine Bohrung 65 in der Platte 53 nimmt eine Antriebswelle 66 auf,
deren unteres Ende mit einer Fliehkraftkupplung 67 verbunden ist. Diese Kupplung
67 enthält eine Trommel 68, welche starr mit einer angetriebenen Welle 69 durch
die Nabe 71 verbunden ist, welche drehbar in Lagern im Gehäuse 52 gelagert ist,
wobei das obere Lager durch einen Ring 74 in seiner Lage gehalten wird, der
eine Öldichtung 77 trägt, welche das Lager und die darunterliegenden Zahnräder vor
Fremdkörpern schützt, die durch die Öffnung 64 eintreten könnten.
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An entgegengesetzten Enden der angetriebenen Welle 69 sind Ritzel
78 und 79 befestigt, welche wahlweise mit Zahnrädern 80 bzw. 81 in Eingriff kommen
können, die auf eine Hohlwelle 82 aufgekeilt oder in anderer Weise darauf befestigt
sind. Das obere Ritzel 78, das mittels einer Keilverzahnung auf der Welle 69 gehalten
wird, wird durch die Anlage am Lager 72 und eine kreisringförmige Schulter 83 in
axialer Richtung festgehalten, die auf der Welle unterhalb des Zahnrades ausgebildet
ist. Das untere Ritzel 79 besteht mit der Ritzelwelle 69 aus einem Stück.
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Die Spindel 82 ist im Gehäuse 52 drehbar in einem oberen
abgedichteten Lager 85 und einem unteren Drucklager 86 gelagert.
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Die Kühlung der Antriebsstangen wird mit Wasser vorgenommen, das durch
eine Bohrung 96 in der Hohlwelle 82 eingeführt wird, wie es in den F i g. 6 und
7 zu erkennen ist. Aus diesem Grunde steht das obere offene Ende 93 der Hohlwelle
82 in Verbindung mit der Kammer 94, die durch eine Öffnung 95 mit einem außerhalb
gelegenen Wasservorrat verbunden ist. Um die innerhalb des Gehäuses vorgesehenen
Lager und Zahnräder gegen das Wasser abzudichten, ist eine Wellendichtung vorgesehen,
welche einen feststehenden Ring 98 aufweist, der aus rostfreiem Stahl besteht und
an seinem Umfang eine kreisringförmige Ausnehmung 99 besitzt, in der der O-Ring
100
liegt, der zusammen mit der Wandung 101 eine wasserdichte Dichtung herstellt. Eine
umlaufende Dichtung 102, die aus einem mit Öl vollgesaugten, selbstschmierenden
Material besteht, ist derart auf der Hohlwelle 82 angebracht, daß ihre untere, geläppte
Fläche zusammen mit der oberen Fläche des Ringes 98 eine wasserdichte Dichtung darstellt.
Die Dichtung 102 wird durch eine Druckfeder 103 gegen den Ring 98 gedrückt. Zwischen
der Hohlwelle 82 und dem Teil 102 ist weiterhin noch ein O-Ring 106 vorgesehen,
der zwischen diesen Teilen eine wirksame Dichtung gegen das Wasser bildet.
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Falls entweder die O-Ringe oder die geläppte Verbindungsstelle infolge
Abnutzung oder ungenauer Passung Wasser durchlassen sollten, kann das durchgetretene
Wasser durch eine Lecköffnung 107 (F i g. 7) ablaufen, die zwischen der Dichtung
und dem Lager 85 liegt. Diese Öffnung verhindert nicht nur, daß sich ein Wasserdruck
aufbaut, der ein Durchlecken an der Lagerdichtung 108 des Lagers 85 verursachen
könnte, sondern gibt auch durch den Wasseraustritt dem Bedienungsmann zu erkennen,
daß die Dichtung nicht in Ordnung ist.
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Nach den F i g. 5 und 7 sind die synchron laufenden Zahnräder 80 und
81, die auf der Hohlwelle 82 sitzen, durch eine Verbindungsschraube 109 miteinander
gekuppelt. Die Zahnräder 80 und 81 sind verschiebbar derart auf der Welle angebracht,
daß sie in der in der Zeichnung veranschaulichten neutralen Stellung gehalten oder
angehoben bzw. abgesenkt werden können, wobei sie mit dem oberen Ritzel 78 bzw.
dem unteren Ritzel 79 in Eingriff kommen. Die beiden Ritzel78 und 79 sitzen fest
auf der Kupplungswelle, so daß sich eine Leerlaufschaltung, ein Schnellgang und
ein Langsamgang einstellen läßt.
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Die Schaltvorrichtung zum Verschieben der Zahnräder weist eine Schaltgabel
110 auf, welche lose in eine Führungsbohrung 111 im Gehäuseteil 52 eingesetzt ist,
so daß sie darin verschiebbar ist. Ein Ring 112, der am unteren Ende der Schaltgabel
ausgebildet ist, dient als Außenring eines Lagers 113, dessen Innenring an einer
oberen Verlängerung des Zahnrades 80 derart befestigt ist, daß sich dieses Zahnrad
unabhängig vom Ring 112 und von der Schaltgabel drehen kann. Ein Drehzapfen
114, der keilartig in die Schaltgabel 110 einfaßt, sitzt drehbar in
einem Ende des Schalthebels 115, der seinerseits durch eine Keilverbindung fest
mit einer Schalthebelwelle 116 verbunden ist. Die Welle 116 faßt durch eine Öffnung
in einem Deckel 117 hindurch und ist durch eine Keilverbindung mit einem Joch 1.18
verbunden, welches sich um die Achse der Welle 116 drehen kann. Das Joch 118 wiederum
trägt einen Bedienungshebel 120, welcher auf einem Zapfen 121 sitzt, der durch eine
Bohrung in dem Hebel hindurchfaßt. Durch eine Schraubenfeder 123, die an einer Verlängerung
124 des Hebels 120 anliegt, wird das andere Ende 125 des Hebels gegen den Deckel
117 gedrückt, so daß eine Sperrbohrung 126, die im Hebel vorgesehen ist,
normalerweise im Eingriff mit einem von drei Bolzen 127,128 oder 129 steht, welche
auf einem Bogen auf dem Deckel angebracht sind.
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Wenn der Hebel 120 in Eingriff mit dem mittleren Bolzen 128 gebracht
wird, werden die Zahnräder 80 und 81 in die neutrale oder Leerlaufstellung zwischen
den beiden Antriebsritzeln gebracht. Durch ein Anheben des Hebels 120, wobei dann
der Bolzen 127 in die Bohrung 126 einfaßt, wird die Welle 116 gedreht, die den Schalthebel
115 anhebt und den Drehzapfen sowie die Schaltgabel 110 mitnimmt. Die Zahnräder
80 und 81 werden dadurch auf der Hohlwelle 82 ebenfalls nach oben verschoben, so
daß das Zahnrad 80 mit dem Ritzel 78 zum Eingriff kommt und von diesem angetrieben
wird. Durch ein Absenken des Hebels 120 derart, daß er mit dem Bolzen 129
zum Eingriff kommt, werden die Zahnräder 80 und 81 abgesenkt, so daß das Zahnrad
81 mit dem unteren Ritzel 79 in Eingriff kommt. Das untere Ende der Hohlwelle 82
ist bei 133 (F i g. 7) mit einem Außengewinde versehen, um mit einer Bohrstange,
einem Kernrohr oder einem anderen Gerät verbunden werden zu können.
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An dem Gehäuse 52 ist mittels Streben 136 ein ringförmiger Handgriff
135 (F i g. 1) starr befestigt, um die Bedienung und den Transport des Bohrers als
gesonderte Einheit oder in Verbindung mit dem Bohrwagen zu erleichtern, der bereits
im einzelnen erläutert wurde.
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Im Betrieb wird der Motor 50 angelassen, und der Bohrer wird in seine
Arbeitsstellung gebracht, wobei sich die Schaltung in der Leerlaufstellung befindet.
Dann wird entweder die kleine oder die große übersetzung gewählt, d. h., die Ritzel
78 und 79, die von der Welle 69 gedreht werden, werden entweder in Eingriff mit
dem Zahnrad 80 bzw. 81 gebracht, die dann die Hohlwelle 82 drehen. Das bedeutet,
däß die Bohrgeschwindigkeit geändert werden kann, um den Gesteins- oder Schneidbedingungen
angepaßt zu werden, oder daß der Motor beschleunigt werden kann, während sich die
Bohrstangen noch in Ruhe befinden, um die hohen Anfahrdrehmomente zu vermeiden,
die bei tiefen Bohrlöchern u. dgl. auftreten und sonst den Motor abwürgen würden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind übersetzungsverhältnisse
vorgesehen, die zu Bohrdrehzahlen von 1000 oder 2000 U/min führen, wenn ein Antriebsmotor
mit 6000 U/min verwendet wird. Die Hohlwelle 82 ist mit einer Reihe von Bohrstangen,
mit Kernbohreinrichtungen oder anderen Geräten verbunden, die durch die Hohlwelle
mit der Drehzahl gedreht werden, die vom Bedienungsmann entsprechend den Bohrbedingungen
eingestellt worden ist. Beispielsweise würde man eine Bohrdrehzahl von 1000 U/min
verwenden, wenn man Kernbohrungen mit großem Durchmesser und großen Tiefen ausführen
will, während eine Drehzahl von 2000 U/min bei Bohrungen geringer Tiefe und kleinen
Durchmessers angewendet wird. Das durch die Kammer 94 in die Bohrung 96 der Hohlwelle
82 eingeführte Wasser läuft durch die Bohrstangen od. dgl. bis zu den Schneidffächen,
schmiert die Schneide und nimmt das Bohrklein mit zur Oberfläche.
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Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich eine Anzahl von wesentlichen
Vorteilen. Es läßt sich ein vollständig zufriedenstellendes Bohrgerät herstellen,
das nur etwa 28 kg wiegt und daher von einem Mann leicht auch über unebenem und
schwierigem Boden bewegt werden kann. Die zweckmäßige Anordnung der Teile gestattet
die einfache Bedienung des Gerätes durch einen einzigen Bedienungsmann beim Bohren
in jeder Richtung, z. B. zum Herstellen von Sprenglöchern oder zum Gewinnen von
Kernproben bis zu 20 cm Durchmesser. Um den Einsatz des Gerätes zu erweitern, kann
das Gerät auch zusammen mit einem Bohrwagen benutzt werden, so daß Kernproben bis
zu etwa 5 cm Durchmesser aus
Tiefen von bis zu etwa 150 m
gewonnen werden können, wobei auf der Bohrschneide ein gleichmäßiger Druck aufrechterhalten
wird.