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Bohrwerkzeug zur Herstellung von Erweiterungsbohrungen Die Erfindung
betrifft ein Bohrwerkzeug zur Herstellung von Erweiterungsbohrungen mit Hilfe von
spreizbaren, Schneiden tragenden Armen, die oberhalb eines mit starren Schneidarmen
versehenen Bohrkopfes, der im folgenden starrer Bohrkopf genannt wird, an einem
achsgleich zu dem Bohrwerkzeug angeordneten Gestängerohr unter Vermittlung eines
Tragkörpers gelagert sind; der das Gestängerohr mit drehmomentübertragendenFührungsmitteln
umgreift, welche Relativbewegungen zwischen dem Gestängerohr und dem Tragkörper
in axialer Richtung gestatten.
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Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser Art wird das Spreizen der
Arme durch einen Flüssigkeitsdruck im Bohrgestänge bewirkt. Hierbei kann aber das
Gestängerohr nicht zur Spülförderung des Bohrgutes benutzt werden.
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Dies wird aber durch die Erfindung, insbesondere für Linksspülung,
ermöglicht, wobei sowohl die sogenannte Vorbohrung als auch die Erweiterungsbohrung
in einem Arbeitsgang ohne Ziehen des Bohrgestänges und ohne Auswechseln des Bohrwerkzeuges
niedergebracht werden.
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Die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß bei einem Bohrwerkzeug
der eingangs genannten Art das Gestängerohr mit dem starren Bohrkopf, dessen Schneiden
für das Arbeiten wahlweise in der einen oder anderen Drehrichtung eingerichtet sind,
durch ein eine Verstellung in axialer Richtung ermöglichendes Gewinde verbunden
ist und daß die spreizbaren Arme, die mit ihren inneren Enden an dem über ein Lager
auf dem starren Bohrkopf abgestützten Tragkörper gelagert sind, durch Kniehebelarme
mit einem fest an dem Gestängerohr sitzenden Haltering verbunden sind, der bei der
äußersten Spreizstellung der Arme auf dem Tragkörper aufliegt. Hierdurch wird es
möglich, daß der Übergang vom Vorlochbohren mit an das Gestängerohr herangeklappten
Spreizarmen zum Erweiterungsbohren mit gespreizten Armen lediglich durch Änderung
der Drehrichtung herbeigeführt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Vorbohrung
und eine Fertigbohrung, F i g. 2 ein Bohrwerkzeug in einem Axialschnitt, F i g.
3 den Schnitt nach der Linie III-III in F i g. 2 in größerem Maßstab, F i g. 4 den
mittleren Teil des Bohrwerkzeuges nach F i g. 2 in einem Axialschnitt in größerem
Maßstab, F i g. 5 den Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4, F i g. 6 und 7 ein
Bohrwerkzeug in Seitenansicht mit zwei verschiedenen Ausführungsarten des auf dem
starren Bohrkopf angebrachten Schneidkorbes, F i g. 8 ein Bohrwerkzeug wie in F
i g. 2 mit einer andersartigen, auf der Oberseite des starren Bohrkopfes angebrachten
Zerkleinerungsvorrichtung in einem Axialschnitt, F i g. 9 den Schnitt nach der Linie
IX-IX in F i g. 8, F i g. 10 einen Teil eines Bohrwerkzeuges mit einer gegenüber
der Ausführung nach F i g. 8 und 9 abgewandelten Ausführung der Zerkleinerungsvorrichtung
in einem Axialschnitt, F i g. 11 einen Teil der Zerkleinerungsvorrichtung nach F
i g. 10 teils in Draufsicht und teils im Schnitt, F i g. 12 den Schnitt nach der
Linie XIl-XII in F i g.10.
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Es sei angenommen, daß anschließend an eine z. B. durch Abraum geführte
Vorbohrung in der unter dem Abraum liegenden Kohle ein Großraumloch hergestellt
werden soll. F i g. 1 veranschaulicht die Erweiterung der Fertigbohrung von dem
Durchmesser d der Vorbohrung auf den Durchmesser D des Großraumloches mit dem allmählichen
Übergang in dem Anschnittloch. Am unteren Ende des Großraumloches ist das Schneidenprofil
des Bohrwerkzeuges zu erkennen.
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Das Bohrwerkzeug hat, wie z. B. F i g. 2 zeigt, ein Gestängerohr 1,
einen starren Bohrkopf 2 für den Durchmesser d der Vorbohrung sowie Spreizarme 3
mit Schneidmessern 4 für den Durchmesser D des Großraumloches. Das Werkzeug ist
für Linksspülung eingerichtet. Demgemäß befinden sich in dem den zentralen Spitzbohrer
tragenden Kegelstück 5 des starren Bohrkopfes Ansaugöffnungen 6, durch die der Förderstrom
in das Gestängerohr eintritt. Dies hat an seinem unteren Ende ein Außengewinde 7,
das mit einem Innengewinde 8 eines von dem Kegelstück 5
nach oben
ragenden Rohres 9 in Eingriff steht. An den kegelartig angeordneten Armen 10 des
starren Bohrkopfes sind Schneidmesser 11 derart gelagert, daß sie um parallel zu
den Armen 10 liegende Achsen 12 je nach der Drehrichtung unter dem Einfluß des Schneidwiderstandes
bis zum Anliegen an den Armen selbsttätig kippen und demgemäß in jeder, der beiden
Drehrichtungen schneiden können. Hierzu sei auf F i g. 5 verwiesen, die auch zeigt,
daß die Arme 10 dachartig mit einem dreieckigen Hohlquerschnitt ausgeführt sind.
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Die spreizbaren Arme 4 sind paarweise einander gegenüberliegend, mit
ihren inneren Enden an dem das Gestängerohr 1 mit Spiel umgreifenden Tragkörper
13 unter Vermittlung von waagerechten Gelenkbolzen 14 gelagert. Der Tragkörper 13
stützt sich auf das Rohr 8 des starren Bohrkopfes unter Vermittlung eines Kugellagers
15. Ein Abheben des Tragkörpers 13 von diesem Lager wird mittels eines an dem Tragkörper
sitzenden Kragens 16 verhindert, der mit Spiel unter einen Bund am oberen Ende des
Rohres 8 greift. Zwischen dem Tragkörper 13 und dem Gestängerohr 1 besteht, wie
F i g. 3 zeigt, eine Nut-Keil-Verbindung, durch welche von dem Gestängerohr 1 Drehmomente
auf den Tragkörper 13 und damit auf die Arme 3 übertragen werden, die aber Relativbewegungen
zwischen dem Gestängerohr 2 und dem Tragkörper 13 in Axialrichtung gestattet.
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An den Armen 3 greifen etwa in der Mitte Kniehebel 17 an, die mit
ihren oberen Enden an einem fest an dem Gestängerohr 1 sitzenden Haltering 18 angelenkt
sind. Mittels der Kniehebel 17 werden beim Absenken des Gestängerohres 1 die Arme
3 regenschirmartige gespreizt. F i g. 2 zeigt die äußerste Spreizstellung, die dadurch
bestimmt ist, daß sich der Haltering 18 auf die obere Stirnfläche des Tragkörpers
13 aufsetzt. Hierbei entspricht die Neigung der Arme 3 dem Schneidenprofil, das
aus F i g. 1 ersichtlich ist und dem der Durchmesser D des Großraumloches zugeordnet
ist.
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Die F i g. 6 und 7 zeigen das Bohrwerkzeug, wenn die Arme 3 soweit
wie möglich an das Gestängerohr 1 herangeklappt sind, indem dieses aus dem starren
Bohrkopf 2 nach oben ausgefahren ist. Hierbei liegen auch die Schneiden 4 an den
äußersten Enden der Arme 3 innerhalb des von dem starren Bohrkopf erzeugten Bohrloches,
so daß sie an der Bohrarbeit nicht beteiligt sind.
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Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten zur Verwendung des beschriebenen
Bohrwerkzeuges. In dem einen Fall ist auf beliebige Weise eine Vorbohrung mit dem
Durchmesser d nach der linken Hälfte von F i g. 1 bis zu der Teufe durchgeführt,
von der ab das Großlochbohren erfolgen soll. Hierbei wird das Bohrwerkzeug mit eingefahrenen
Schneidarmen 3 gemäß F i g. 6 und 7 innerhalb der Vorbohrung abgesenkt. Von der
erwähnten Teufe ab wird das Gestängerohr 1 in der im folgenden mit I bezeichneten
Drehrichtung angetrieben (von oben gesehen im Uhrzeigerdrehsinn). Infolgedessen
werden die Arme 3 in der noch zu beschreibenden Weise gespreizt, bis das endgültige
Schneidenprofil erreicht ist. Hierbei wird durch das Zusammenwirken des starren
Bohrkopfes 2 und der Arme 3 das Großraumloch hergestellt. Das ist mit dem Vorteil
verbunden, daß an dem starren Bohrkopf infolge des durch die Drehrichtungsumkehr
bedingten Kippens solche Schneiden zum Eingriff kommen, die bis dahin noch nicht
abgenutzt waren. Im anderen Fall ist noch keine Vorbohrung vor= handen, sondern
diese muß mittels des starren Bohrkopfes 2 hergestellt werden. Dabei wird das Gestängerohr
1 im entgegengesetzten Sinn wie in dem vorher beschriebenen Fall gedreht - Drehrichtung
H-(von oben betrachtet entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn). Hierbei befinden sich die
Spreizarme in der unwirksamen Stellung nach F i g. 6 und 7. Wenn die Vorbohrung
bis zu der erforderlichen Teufe hergestellt ist, wird die Drehrichtung umgekehrt.
Infolgedessen werden die Arme 3 gespreizt, und es wird das Großraumloch durch Zusammenwirken
der Schneidmesser und der entsprechend gekippten Schneidmesser 11 des starren Bohrkopfes
hergestellt. Die Schneidmesser 4 sind übrigens an den Armen 3 - ähnlich wie die
Schneidmesser 11 an den Armen 10 des starren Bohrkopfes - kippbar gelagert.
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Die Einstellung der Spreizarme 3 für das Erweiterungsbohren geschieht
wie folgt.
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Wenn beim Drehen des Gestängerohres 1 in Richtung I der starre Bohrkopf
2 sich aufsetzt, graben sich seine Schneidmesser 11 in den Boden ein und halten
den Bohrkopf fest. Infolgedessen wird das Gestängerohr mittels des Gewindes 7, 8
innerhalb des Bohrkopfes 2 nach unten geschraubt, so daß sieh . der Höhenunterschied
zwischen dem Haltering 18 und den Gelenken 14 verringert und das Auseinanderspreizen
der Arme 3 eingeleitet wird. Demgemäß drücken sich die Schneiden 4 an den äußeren
Enden der Arme 3 in die Wand des Bohrloches und begin: nen das Anschneiden einer
Böschung. Da beim Drehen des Gestängerohres 1 in Richtung I auf den Starren Bohrkopf
2 über das Gewinde 7, 8 nach oben gerichtete Reaktionskräfte wirken, wird der Bohrkopf
2 zunächst wieder etwas entlastet, bis in dem Maße, wie die Schneidbewegungen der
Messer 4 an den Armen 3 nach unten hin fortschreitet, die Messer ll des starren
Bohrkopfes 2 wieder einen größeren Schneidwiderstand erfahren. Wenn hierdurch der
Bohrkopf abermals festgehalten wird, tritt wieder über das Gewinde 7, 8 ein nach
unten gerichteter Zug auf das Gestängerohr 1 auf, was im Sinne des weiteren Ausspreizens
der Arme 3 wirkt. Diese Wirkung wird unterstützt durch einen Gewichtsanteil des
Gestängerohres, der übertage in bekannter Weise z. B: durch Seilmeßdosen aufgebracht
werden kann. Durch diesen Gewichtsanteil können unter Vermittlung nies Halteringes
18 Druckkräfte in den Kniehebeln erzeugt werden. Es erfolgt somit jeweils ein weiteres
Spreizen der Arme 3 immer dann, wenn beim Drehen des Gestängerohres 1 in der Richtung
I der an dem starren Bohrkopf 2 angreifende Schneidwiderstand so groß ist, daß die
in dem Gewinde 7, 8 auftretende Reibung sowie die Reaktion auf den Widerstand der
gegen die Böschung gedrückten Arme 3 gegen das Ausspreizen überwunden werden. Durch
das fortschreitende Ausspreizen der Arme 3 erhält man je nach den gegebenen Verhältnissen
ein Anschnittloch, bis sich der Haltering 18 auf den Tragkörper 13 aufsetzt und
so das endgültige Schneidenprofil erreicht ist.
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Wenn die Arme 3 wieder eingeholt werden sollen, wird das Gestängerohr
1 in der Richtung II gedreht. Hierbei erzeugen die entsprechend gekippten Schneidmesser
11 einen Schneidwiderstand, der eine nach unten gerichtete Komponente hat. Infolgedessen
wird der Tragkörper 13 über den Kragen 16 nach unten gezogen, während das Gestängerohr
sich innerhalb des starren Bohrkopfes 2 nach oben schraubt. Hierdurch
vergrößert
sich der Höhenunterschied zwischen dem Haltering 18 und den Gelenkbolzen 14, so
daß die Arme 3 über die Kniehebel 17 nach oben geschwenkt werden, bis sie die unwirksame
Lage nach F i g. 6 und 7 einnehmen. Voraussetzung ist hierbei, daß die Schneidmesser
11 des starren Bohrkopfes ständig im Eingriff sind.
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Damit bei diesem Einschwenkvorgang, der je nach der Festigkeit des
Bodens einen mehr oder weniger großen, nach unten gerichteten Weg des starren Bohrkopfes
2 erfordert, die beweglichen Schneidarme 3 den Bohrkopf 2 entlasten und durch ihre
Reaktionskräfte die Bewegung fördern, sind die Schneidmesser 4 alle oder nur zum
Teil an den Armen 3 wie erwähnt ähnlich kippbar gelagert wie die Schneidmesser 11
an den Armen 10.
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Um zu verhindern, daß bei der Linksspülung größere Stücke, die möglicherweise
aus der Bohrlochwandung, insbesondere aus dem überhängenden der Erweiterungsbohrung,
ausbrechen können, vor die Ansaugöffnungen 6 gelangen und den Förderstrom unterbrechen,
ist auf dem starren Bohrkopf 2 ein Schneidkorb 19 (F i g. 6) bzw. 20 (F i g. 7)
angebracht, der sich nach oben hin pyramidenförmig verjüngt. Der Schneidkorb 19
ist mit schraubenförmig in einer Gangrichtung angeordneten Schneiden besetzt, während
die Schneiden des Schneidkorbes 20 in gegenläufigen Schraubenlinien angeordnet sind,
also sich kreuzen. Durch den Schneidkorb werden herabfallende Brocken zwischen dem
Korb und der Bohrlochwandung bei der Drehung des starren Bohrkopfes zerkleinert.
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Das kann auch dadurch erreicht werden, daß der Bohrkopf 2 im Bereich
seines größten Durchmessers, wie die F i g. 8 bis 12 zeigen, auf waagerecht angeordneten
Speichen 21 Schneidbleche 22 tragen und daß mit geringem Abstand über diesen feststehende
Schneidbleche 23 angebracht sind. Die letzteren sitzen an Speichen 24 eines fest
im Bohrloch verankerten Sternes, der das Rohr 8 des starren Bohrkopfes mit Spiel
umgreift. Die Verankerung des Sternes kann, wie F i g. 8 zeigt, mit Hilfe von an
den Speichen 24 sitzenden Schneiden 25 geschehen, die in die Bohrlochwandung eingedrückt
werden. Statt dessen können entsprechende Stützfüße 26, wie die F i g. 10 und 11
erkennen lassen, in Bohrungen der Speichen 24 radial beweglich geführt und durch
Federn 27 nach außen gedrückt werden, so daß sie in entsprechende Nischen der Bohrlochwandung
eingreifen. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß beim Fortschreiten des Bohrens
die oberen Schneidbleche 23 auf den starren Bohrkopf 2 weniger ablenkend wirken.