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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Führungs-und Aufhängevorrichtung
für den Meißel eines Seilschlagbohrgerätes, bei dem das Umsetzen des Meißels mit
Hilfe eines als Spülleitung verwendeten Hohlgestängestranges erfolgt, dessen Unterteil
mit einer axialen Führung für den Meißel versehen ist.
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Eine solche Führungs- und Aufhängevorrichtung ist durch die deutsche
Patentschrift 603 667 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung wird im wesentlichen durch
eine Festklemmeinrichtung gebildet, die im Inneren des unteren Erdteils des Hohlgestängestran=
ges verankert ist und eine hohle Schwerstänge dichtend gleitbar in- axialer Richtung
führt, dessen Bohrung einerseits mit dem Innenraum des Hohlgestängestranges und
andererseits mit den Spülmittelkanälen des Schlagmeißels in Verbindung. steht, wobei
das obere Ende der höhlen Schwerstange mittels eines Seilwirbels unlösbar mit dem
Schlagseil verbunden ist.
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Nach Abbohren einer Hohlstangenlänge muß, infolge des Aufbaues der
bekannten Vorrichtung, der Meißel mit Schwerstange und die Festklemmeinrichtung
durch das Innere des Hohlgestängestranges nach über Tage hochgezogen werden, ehe
eine neue Hohlstange hinzugefügt werden kann. Eine Umkehrspülung, bei der das Spülmittel
vom Ringraum zwischen Bohrlochwand und Hohlgestängestrang zum Innenraum des Hohlgestängestranges
fließt, ist bei der bekannten Vorrichtung unmöglich, und zwar einerseits wegen der
Spülungskanäle geringen Durchmessers im Meißel und in der Schwerstange und andererseits
wegen der hydraulischen Steuerung der Festklemmeinrichtung, die dazu den Druck der
auf ihr lastenden Spülungssäule im Hohlgestängestrang verwendet. Beim Gegenstand
der bekannten Vorrichtung tritt das Spülmittel am unteren Ende des Schlagmeißels
aus, so daß infolge der Hubbewegung des Meißels das Säubern der Bohrlochsohle vom
Bohrklein mit mehr oder weniger großer Wirksamkeit erfolgt. Außerdem können mit
dem bekannten Gegenstand keine Bohrlöcher großen Durchmessers bei Verwendung eines
Hohlgestänges geringen Durchmessers abgetäuft werden.
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Die vorliegende .Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden
und eine Führungs- und Aufhängevorrichtung für den Meißel eines Seilschlagbohrgerätes
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche gestattet, zusätzliche Hohlstangen
an den Hohlgestängestrang ohne Ausbau des Schlagmeißels anzufügen und eine sichere
Führung des Meißels sowie des Spülmittels auch bei Umkehrspülung und die Übertragung
des Drehmoments vom Hohlgestängestrang auf den Meißel in einfacher und wirksamer
Weise zu gewährleisten.
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Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sie aus einem mit dem Schlagmeißel
fest verbundenen Aufhängekopf besteht, der mit Hilfe eines im Unterteil des Hohlgestängestranges
fest angeordneten Anschlags in Verbindung mit einem Verriegelungselement im Bohrloch
vom Schlagseil lösbar ist, sowie aus einer gleichfalls in dem Unterteil des Hohlgestängestranges
ortsfest angeordneten axialen Führung für den Schlagmeißel, die gleichzeitig als
Spülmittelkanäle und als Mittel zur Drehmomentübertragung auf den Meißel ausgebildet
ist.
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Dadurch wird erreicht, daß beim Hinzufügen eines zusätzlichen Hohlgestänges
über Tage nur das Schlagseil vom Meißel gelöst und dann in den Bohraast hoehgezögen
zu werden, braucht._ Außerdem sind beim Schlagbohren,'= Molge der erfindungsgemäßen
Lösung, stets eine wirksame Spülung der Bohrlochsohle und eine genaue Führung des
Meißels gegeben.
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Zusätzliche Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind aus den Patentansprüchen
ersichtlich.
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Weitere Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden, ins Detail gehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
welches in.der Zeichnung dargestellt ist.
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i Hierbei zeigt F-i g.1` eine schematische Ansicht eines -Schlagbohrgerätes,
bei dem die Vorrichtung nach der Erfindung Verwendung findet, F i g. 2 einen Axialschnitt
durch den Aufhängekopf der Führungs- und Aufhängevorrichtung in einer Stellung,
in der der Meißel an der Seilendklemme hängt, F i g. 3 den Aufhängekopf teilweise
in Draufsicht und teilweise im Schnitt, gemäß der Linie IV-IV in Fig.2. F i g. 4
einen Teilaxialschnitt durch den Aufängekopf in einer Stellung, in der der Meißel
mit Hilfe des Aufhängekopfes am Hohlgestängestrang abgestützt ist, F i g. 5 einen
Teilaxialschnitt durch den unteren Teil des Hohlgestängestranges mit der Führungs-
und Aufhängevorrichtung für den Meißel, der sich hier in Schlagstellung am Boden
des Bohrloches befindet, F i g. 6 einen Schnitt entsprechend F i g. 5, wobei sich
der Meißel im oberen Umkehrpunkt seines Hubes befindet, ' F i g. 7 einen Schnitt
entsprechend F i g. 5 und 6, wobei der Meißel nach Ausklinken der Seilendklemme
am Hohlgestängestrang aufgehängt ist, F i g. 8 eine Seitenansicht des unteren Teiles
des Hohlgestängestranges, F i g. 9 einen Querschnitt durch die Führungs- und Aufhängevorrichtung
gemäß der Linie X -X in Fig.6. F i g. 10 einen Querschnitt durch die Führungs-und
Aufhängevorrichtung gemäß der Linie XI-XI in Fig.6. F i g.11 eine Draufsicht auf
die untere Lagerung für eine Stoßfeder, F i g. 12 einen Teilaxialschnitt der unteren
Federlagerung gemäß der Linie XII-XII in F i g. 11 und F i g. 13 einen Teilaxialschnitt
durch eine Variante der Führungs- und Aufhängevorrichtung nach der Erfindung.
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Ein Bohrmast 1 (F i g. 1) steht mittels eines Gerüsts 2 auf dem Erdboden
3. Ein Joch 5, das mittels Führungen 6 im Mast l gleitet, hängt an einem Flaschenzug
4 zeit zwei feststehenden Rollen 4 a und zwei beweglichen Rollen
4 b. An dem Joch 5 ist ein Spülkopf 7 mit einer Schleusenkammer 8 zum Einführen
des Schlagseils 9 in diesen Spülkopf 7 befestigt. Das untere Ende des Spülkopfes
7 ist am oberen Ende eines als Spülleitung dienenden Hohlgestängestranges
10 angeordnet. Auf der Arbeitsbühne 11 des Mastes 1 kann mit Vorteil ein
Drehtisch 12 vorgesehen sein, der den Hohlgestängestrang 10 in langsame Umdrehungen
mit geringem Drehmoment versetzt. Zu diesem Zweck wird die oberste Hohlstange der
Spülleitung 10 durch eine Mitnehmerstange mit Vierkantprofil ersetzt. Die Rollen
4 a, 4 b des Flaschenzuges 4 sind an dem Mast 1 und an dem Joch 5 so angeordnet,
daß
das Schlagseil 9 ungehindert in der Achse des Hohlgestängestranges
10 verlaufen k in. Da diese Teile nicht zum Erfindungsgegenstanu gehören,
wird auf ihren Aufbau nicht näher eingegangen.
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Ein Schlagmeißel 13 wird axial im Unterteil des Hohlgestängestranges
10 geführt, und zwar mittels der erfindungsgemäßen Führungs- und Aufhängevorrichtung.
Der Schlagmeißel 13 ist an einer Schwerstange 14 befestigt, die gegebenenfalls
eine von einem Satz Stoßfedern 16 umgebene Verbindungsstange 15 aufweist, an deren
oberem Ende ein Äufhängekopf 17 vorgesehen ist, der einen Teil des Erfindungsgegenstandes
bildet und zur abwechselnden Aufhängung des Meißels 13 entweder an der $ndklemme
18 des Schlagseils 9 oder an einem stellenweise durchbrochenen, im Inneren des unteren
Teils des Hohlgestängestranges 10 angebrachten, ringförmigen Anschlag 19 dient.
Das untere Ende des Hohlgestängestranges 10 ist mit einer Führung 20 für den Meißel
13 mit Schwerstange 14 versehen, wobei diese Führung als Spülmittelkanäle ausgebildet
ist, die den Innenraum dieses Hohlgestängestranges 10 mit dem über der Sohle 21
des Bohrloches 22 befindlichen Raum verbindet und gleichzeitig eine vollständig
abgedichtete Führung der Schwerstange 14 im Innern des unteren Teils des Hohlgestängestranges
10 gewährleistet. Auf diese Weise stellt die Verwendung eines zum Antrieb des Meißels
13 dienenden Seils 9 im Innern des Hohlgestängestranges 10 kein Hindernis dar, denn
dieses Seil 9 kann schnell vom Meißel gelöst und wieder mit ihm verbunden werden,
sobald die Arbeiten am Hohlgestängestrang 10, die in der Montage und Demontage der
einzelnen Hohlstangen des Stranges 10 in der üblichen Weise bestehen, beendet sind.
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Dadurch, daß der Meißel 13 seitlich im Hohlgestängestrang 10
geführt wird, kann er gegebenenfalls in langsame Drehbewegung mit geringem Drehmoment
versetzt werden. Die Führung 20 ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß der
Meißel 13
über die Führung 20 seitlich hinausragt.
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Um dem Meißel 13 eine höhere Schlagenergie zu vermitteln, als
dies durch den freien Fall möglich ist, werden Stoßfedern 16 verwendet, vorzugsweise
eine gerade Zahl von Federn 16, beispielsweise zwei. Im vorliegenden Fall umgeben
die beiden Federn 16 die Verbindungsstange 15 und stützen sich einerseits auf einen
am oberen Ende der Schwerstange 14 befestigten Lagerring 52 und andererseits auf
einen ringförmigen Anschlag 19 ab, der in einem Rohrteil des Hohlgestängestranges
10 fest angebracht ist, und zwar vorzugsweise an der Stelle, an der zwei Rohrabschnitte
bzw. Hohlstangen des Stranges 10 mittels Muffen 53, die eine leichte Montage und
Demontage der einzelnen Hohlstangen erlauben, miteinander verbunden sind. Die Lage
des ringförmigen Anscblages 1.9 ist so gewählt, daß der Abstand zwischen dem Ende
des Meißels 13 und dem Aufhängekopf 17 größer als der Abstand zwischen der Bohrlochsohle
21 und dem ringförmigen Anschlag 19 ist. Dadurch kann der Meißel 13 bei normaler
Arbeitsstellung des Hohlgestängestranges 10, bei der das untere Ende des
letzteren knapp über der Bohrlochsohle 21 liegt, immer seinen maximalen Abwärtshub
ausführen, ohne daß der Aufhängekopf 17 den ringförmigen Anschlag 19 berührt.
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Zwischen den. beiden. Federn 16 sitzt ein Ring 54 mit doppelter Lagerfläche,
der ebenso wie der Lagerring 52 durchbrochen ist, damit der Umlauf des Spülmittels
nicht gehindert wird, und der auf der Stange 15 frei beweglich ist. Es ist zweckmäßig;
zwei gleiche Federn, jedoch mit- entgegengesetztem Windungssinn, zu verwenden, damit
die Torsionskräfte aufgehoben werden.
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Die Schwerstange 14 wird in einem gut `abgedichteten, im untersten
Rohrabschnitt des Hohlgestängestranges 10 befestigten Führungsrohr 55 axial geführt.
Der Zwischenraum zwischen der Schwerstange 14 und dem Führungsrohr 55 ist so gering;
daß die hier auftretenden Spülmittelverluste im Ver= gleich zum Gesamtdurchsatz
als unbedeutend gelten können.
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Die Führung 20 .des Meißels 13, die gleichzeitig zur Verbindung des
Innenraumes des Hohlgestänge-Stranges 10 mit dem über der Bohrlochsohle 21 befindlichen
Raumes dient, besteht gemäß einer günstigen Ausführungsart aus zwei zur Achse des
Stranges 10 parallelen Kanälen 57, 58'; ,, die `im untersten Rohrabschnitt 56 des
Hohlgestängestranges 10 angebracht sind und mit ihren Außenwänden mit Vorteil zur
axialen Führung des Meißels 1,3 dienen: Falls ein Flachmeißel (F i g. 5 bis
10) verwendet wird, kann dieser an seinen parallelen Flächen mittels der inneren
Wände der Umlaufkanäle 57, 58 geführt werden; diese Wände gehen teilweise in die
Wandung des Führungsrohres 55 über.
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Der an der Stelle, wo die Umlaufkanäle 57, 58 in den Innenraum
des Hohlgestängestranges 10 einmünden, von einem Teil der Innenwand ' dieses Stranges
10, von den äußeren Wänden der Umlaufkanäle 57, 58 und von dem Führungsrohr 55 begrenzte
Raum ist mit einer entsprechend geformten Verschlußplatte 59, die an dieser Stelle
am Strang 10 angeschweißt ist, hermetisch abgedeckt. Dadurch wird erreicht, daß
das ins Innere des Stranges eingeführte Spülmittel nur durch die Umlaufkanäle 57,
58 zur Bohrlochsohle 21 strömen kann.
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Die Art und Weise der Befestigung des Lagerringes 52 an der Schwerstange
14 ist in F i g. 11 und 12 im Detail dargestellt. Dieser Lagerring 52 besteht aus
zwei konzentrisch angeordneten Ringen 60, 61, deren innerer, 60, auf einem am oberen
Ende der Schwerstange 14 vorgesehenen Vorsprung aufliegt und über einige Stege 62
den äußeren Ring 61 trägt, so daß zwischen den beiden Ringen und je zwei Stegen
Durchströmöffnungen für das Spülmittel gebildet werden. Die Feder 16 liegt auf dem
äußeren Ring 61 auf und drückt den Lagerring 52 gegen die obere Schulter der Schwerstange
14.
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Der Aufhängekopf 17 ist auf der Verbindungsstange 15 befestigt. Für
bestimmte Verwendungszwecke kann er auch direkt an der Schwerstange 14 befestigt
werden. Diese Ausführungsart wird später noch. ausführlich beschrieben.
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Der Aufhängekopf 17 besteht aus einer nach oben ausgeweiteten Buchse
64 zur Führung der Endklemme 18 des Seils 9, aus zwei seitlichen Anschlägen 65,.
die an der Buchse 64 befestigt sind und auf dem ringförmigen, durchbrochenen Anschlag
19; der an der Innenwand des Stranges 10 befestigt ist; . zum Aufliegen
kommen, und aus zwei einander gegenüber an der Buchse 64 um horizontale Achsen schwenkbar
angebrachte Sperrklinken 66, die durch in der Buchse 64 vorgesehene Aussparungen
in diese hineinragen und so ausgebildet sind, daß sie die Seilendklemme 18 im Aufhängekopf
17 blockieren bzw.
unter der Einwirkung des ringförmigen Anschlages
19 freigeben.
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Jede Sperrklinke 66 sitzt zwischen zwei Wänden eines der seitlichen
Anschlägen 65 und ist auf einem senkrecht zur Achse des Seils 9 bewegbaren Bolzen
67 befestigt, der in den Anschlägen 65 ausgesparten Langlöchern 68 angeordnet ist
und eine Gelenkachse für die Sperrklinke 66 bildet. Jede Sperrklinke besteht aus
einer inneren kegelstumpfförmigen Fläche 69, deren unteres Ende an der Seilendklemme
18 einrastet, aus einer oberen nach oben geöffneten Aus-@parung 70 in Form eines
abgerundeten »V« zur Aufnahme des unteren abgerundeten Teils einer an der Buchse
64 befestigten Tragplatte 71, wobei der abgerundete Teil eine feststehende Achse,
um die sich die Sperrklinke drehen kann, darstellt, und aus einer unteren nach unten
geöffneten Aussparung 72 in Form eines abgerundeten »V«, in der der Bolzen 67 befestigt
ist.
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Jede Sperrklinke 66 hat also zwei Aussparungen 70, 72, die seitlich
von insgesamt vier ungefähr X-förmig angeordneten Schenkeln begrenzt werden, deren
innerer, unterer Schenkel 73 als Anschlag für einen an der Seilendklemme
18 vorgesehenen Schultervorsprung 74 dient, deren innerer, oberer Schenkel 75 einen
Anschlag für die Buchse 64 bildet, deren äußerer, oberer Schenkel 76 zur
Begrenzung der Bewegung der Sperrklinke 66 dient und deren äußerer, unterer Schenkel
77 durch Anstoßen an den durchbrochenen ringförmigen Anschlag 19 das Kippen der
Sperrklinke 66 bewirkt, so daß diese ihre Freigabestellung einnimmt, wobei der Aufhängekopf
17 auf dem ringförmigen Anschlag 19 (F i g. 4) aufliegt und die Seilendklemme 18
freigegeben ist.
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Die Massen .der Sperrklinke 66 und seines Gelenk-Bolzens 67 sind so
verteilt, daß ihr innerer, unterer Schenkel 73 unter dem Gewicht der Sperrklinke
in .Richtung auf das Zentrum der Buchse 64 bewegt w ir * d (F i g. 2 und 3). Diese
Bewegung wird noch dadurch begünstigt, daß der Boden der Langlöcher 68 schräg nach
unten auf .die Achse des Aufhängekopfes 17 zu geneigt ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß der Bolzen 67 der Sperrklinke 66 keinerlei
mechanischer Beanspruchung unterliegt. Er dient lediglich zur Bestimmung der Lage
der Sperrklinke 67, indem er ihre Bewegungen auf die zu ihrer Funktion nötigen Verschiebungen
beschränkt. Am Boden der Buchse 64 sind seitlich einige Bohrungen vorgesehen, um
beim Einführen der Seilendklemme 18 in ,die Buchse 64 einen Überdruck im Spülmittel
zu vermeiden.
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Für einen umgekehrten Spülmittelumlauf, d. h. vom Ringraum zwischen
Bohrlochwand und Strangaußenwand zum Inneren des Hohlgestängestranges 10, läßt sich
mit Vorteil die in F i g.13 dargestellte Variante der Führungs- und Aufhängevorrichtung
verwenden. Der untere Abschnitt 56 des Hohlgestängestranges 10 hat hierbei die Form
einer länglichen Glocke, in der das Führungsrohr 55 für die mit Hilfe einer kurzen
Verbindungsstange 15 am Aufhängekopf 17 befestigten Schwerstange 14 angebracht ist
und die mit zwei röhrenförmigen Umlaufkanälen 81, 82, die dem Meißel 13 als Führung
dienen, versehen ist. Die Kanäle 81, 82 durchsetzen den Meißel 13 und tragen in
ihrem oberen Ende an einem außen an der Glocke 56 angebrachten Anschlag 83 für die
die Glocke umgebenden Stoßfedern 16, die sich außerdem am oberen Meißelende abstützen.
rüber dem Führungsrohr 55 für die Schwerstange 14 ist ein Schutzrohr 84 angebracht,
welches zusammen mit dem oberen Teil der Glocke 56 einen ringförmigen Raum bildet;
in den die beiden Kanäle 81, 82 i münden und in dem das Spülmittel hochsteigt. Außer-,dem
dient dieses Rohr 84 zum Schutz der Schwerstange 14, der Verbindungsstange 15 und
des Aufhängekopfes 17 gegen die Beschädigung durch das finit dem Spülmittel in dem
ringförmigen Raum 85 mittransportierte Bohrklein. Am Boden des Schutzrohres 84 sind
seitlich Bohrungen 86 vorgesehen, die den Unterschied zwischen dem im Rohr 84 und
dem im ringförmigen Raum 85 herrschenden Druck ausgleichen sollen. Außerdem kann
durch diese Bohrungen 86 die Ablagerung von Bohrklein am Boden des Rohres 84, in
dessen untersten Teil sich der ringförmige, durchbrochene Anschlag 19 für den Aufhängekopf
17 befindet, vermieden oder zumindest eingeschränkt werden. Die in F i g.13 dargestellten
Teile, die mit denselben Ziffern gekennzeichnet sind wie die in den vorhergehenden
Figuren dargestellten und bereits oben beschriebenen Teile, sind mit diesen Teilen
entweder identisch oder entsprechen ihnen.
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Diese zuletzt beschriebene Ausführungsart eignet sich besonders gut
für die Umkehrspülung, die bei Bohrlöchern großen Durchmessers angewandt wird und
bei der das Spülmittel in dem ringförmigen Raum zwischen BohrIochwand und Hohlgestängestrang
nach unten strömt und mit dem Bohrklein beladen im Inneren des Hohlgestängestranges
nach oben steigt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Führungs- und Aufhängevorrichtung
ist die folgende: Die Vorrichtung nimmt die in F i g. 7 gezeigte Stellung ein. Dabei
ist der Hohlgestängestrang 10 etwas weiter als in der Normalstellung von der Bohrlochsohle
21 abgehoben, so daß der Meißel 13, die Schwerstange 14, die Verbindungsstange 15
und der Aufhängekopf 17 am Anschlag 19 des Stranges 10 hängen, der seinerseits an
:der Arbeitsbühne 11 oder am Flaschenzug aufgehängt ist. Die Sperrklinke 66 befindet
sich in Freigabestellung (F i g. 4). Die Seilendklemme 18 befindet sich außerhalb
und oberhalb des Aufhängekopfes 17. Wenn der Strang 10 gesenkt wird, berührt als
erster der Meißel 13 die Bohrlochsohle 21, so daß der Aufhängekopf 17 von
dem ringförmigen Anschlag 19 abgehoben wird und die Sperrklinken 66 unter ihrem
eigenen Gewicht in Blockierstellung kippen. Die Seilendklemme 18, die beim Eintreten
in die Buchse 64 die Sperrklinken 66 auseinanderschiebt, wird an ihrem Schultervorsprung
74 von den Schenkeln 73 beim Anziehen des Seils 9 blockiert. Die Sperrklinken 66
nehmen nun die in F i g. 2 gezeigte Stellung ein. Somit ist der Meißel 13 am Seil
9 befestigt, und der Schlagbohrvorgang kann beginnen, dabei dienen die Verbindungskanäle
57,58
zur Führung des Meißels 13, zur Drehmomentübertragung auf den letzteren
und zur Spülmittelführung bis knapp über die Bohrlochsohle 21.
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Während des Schlagbohrvorganges blockieren die Sperrklinken 66 die
Seilendklemme 18 und geben diese erst wieder frei, wenn der Hohlgestängestrang 10
nach oben gezogen wird, so daß der Meißel 13
wieder an dieser aufgehängt ist.
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Im allgemeinen wird beim Bohrvorgang der Hohlgestängestrang so weit
gesenkt, daß die Federn 16 schon von der Schlagbewegung des Meißels 13 eine
Vorspannung
erfahren. Diese Vorspannung wird je nach der gewünschten Stoßkraft der Federn 16
eingestellt. Während des Schlagbohrvorganges befindet sich das untere Ende des Stranges
10 in einem geringen Abstand vom Boden 21 des Bohrloches; dieser Abstand
wird konstant gehalten, indem man den Strang 10 im Maße der sich vergrößernden Bohrlochtiefe
absenkt. Das Spülmittel, das aus den Mündungen der Kanäle 57, 58 strömt, spült den
Boden 21 des Bohrloches frei und entfernt ununterbrochen das anfallende Bohrklein.