DE14791C - Hydraulischer Erdbohrer - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE S: Bergbau.

Während bei losem Gebirge, wie Sand, Kies, Mergel etc. schon ein kräftiger Wasserstrahl genügt, dasselbe auf der Sohle des Bohrloches sehr schnell zu zertheilen und zu Tage hinaufzuspülen, ist bei zäherem und festerem Gebirge eine anderweitige mechanische Zerkleinerung desselben, welche in der Regel durch Handarbeit mittelst an einem Bohrgestänge befestigter Meifsel ausgeführt wird, nicht wohl zu entbehren.

Diese namentlich bei gröfseren Teufen sehr zeitraubende und kostspielige Handarbeit, welche insofern, als zu jedem einzelnen Meifselstofs das ganze schwere Bohrgestänge mit auf- und abbewegt werden mufs, eine genügend grofse Fall- bezw. Angriffsgeschwindigkeit des Meifsels nicht ermöglicht, durch einen bedeutend schneller und intensiver wirkenden hydraulischen Meifselbetrieb mittelst des (so weit thunlich durch Elementarkraft bewegten) Spritzwassers zu ersetzen, ist Zweck der vorliegenden Construction.

Der active Haupttheil des Bohrinstrumentes, welcher sich kurz als hydraulischer Schnellhammer mit Meifsel- und Spritzvorrichtung bezeichnen läfst, ist der in dem Längenschnitt, Fig. 5, in seiner höchsten Stellung dargestellte, an seinem unteren Ende zur Aufnahme diverser Meifsel eingerichtete hohle, gufsstählerne Stempel a, welcher bei seinem Aufgang durch die bronzene Leitbüchse b mit Linksdrall und bei seinem Niedergang durch die Leitbüchse c mit Rechtsdrall eine Rechtsdrehung um seine Längenaxe bekommt, so dafs er von einem Schlag bis zum anderen um 9 bis 14⁰ (je nach der Hubgröfse) umsetzt, also auf 26 bis 40 Schläge eine ganze Umdrehung macht.

Jede dieser. Leitbüchsen ist durch eine sie umschliefsende, mit ihrem äufseren Umfang am Gehäuse festgehaltene (als Frictionsgesperre wirkende) Bremsfeder d, Fig. 2, verhindert, sich links zu drehen, folgt dagegen in dieser Feder gleitend der Rechtsdrehung, zu welcher der Stempel durch die andere Leitbüchse genöthigt wird. Der aufser dem Rechtsdrall in die oberen Führungsknaggen des gufsstählernen Stempels eingeschnittene Linksdrall e, Fig. 2, dient aufser zur Erweiterung des Wasserdurchganges nur dazu, das. Aufschieben der linksgeschnittenen Leitbüchse b zu ermöglichen und steht übrigens zur Leitbüchse c in keiner weiteren Beziehung.

Mittelst des hohlen gufsstählernen Domes f, auf welchem der Stempel mit 'seiner unteren Bohrung schliefsend gleitet, ist das ganze Bohrinstrument an dem unteren Ende des von Tage aus durch einen Stopfbüchsendeckel herabhängenden und von diesem getragenen hohlen Bohrgestänge befestigt, durch welches die Abwässer mit den Bergen (Bohrschlamm, Grant etc.) zu Tage geführt werden, und mittelst dessen sich von Tage aus die für ein gutes Functioniren angemessene Teufe des Bohrinstrumentes reguliren läfst.

Die Betriebswässer werden nun. durch eine Pumpe mit Windkessel in einen Raum zwischen der dichtschliefsenden Bohrlochverröhrung und dem Bohrgestänge gedrückt und durch den oberen Manschettenverschlufs g des Bohrinstrumentes genöthigt, ihren Weg durch die Kanäle h zu nehmen und so mit allen den Stempel α zu-

nächst umgebenden Räumen in Communication zu treten, so auch bei offenem Ringventil i mit dem Raum über dem geschlossenen Tellerventil k, auf welches sie mit der Differenz des Ober- und Unter wasser druckes wirken. Diese Differenz resultirt aus den hydraulischen Widerständen des Wasserdurchganges, namentlich durch die in der Leitbüchse b gebildeten, beim höchsten Stand des Stempels am weitesten geöffneten Kanäle; sie ist im allgemeinen gering, so lange die Wassermenge im Verhältnifs zur Weite der Durchgangsöffnung eine mäfsige ist, wächst aber mit der Beschleunigung der Wassermasse durch den Druck im Windkessel und der gleichzeitigen Verengung der Kanäle durch Niedergang des Stempels, welcher anfangs, hauptsächlich nur durch sein Eigengewicht getrieben, langsamer niedergeht als das ihn umgebende, schon zuvor in Bewegung gesetzte Wasser, bis zu dem Augenblick aber, wo seine Führungsknaggen diese Kanäle gänzlich schliefsen, die volle inzwischen erzeugte Maximalgeschwindigkeit des Wassers angenommen haben mufs.

Würde z. B. die durchschnittliche Wassermenge 4 1 betragen, im Augenblick der Maximalgeschwindigkeit dagegen 8 1 pro Secunde, und der effective Querschnitt des Stempels (d.i. gröfster Knaggenschnitt minus Bohrung des Tellerventiles k) der Zeichnung entsprechend

65 ^s h 6 · 25 · S — 48^s — = 2244 qmm

. 4 4

= 0,2244 qdm,

so betrüge seine Geschwindigkeit in diesem Augenblick

⁸
= 35,₇ dm = 3,57 m,

0,2244
was einer freien Fallhöhe von

3,57

^: = 0,65 m

2 · 9,81
entspricht bei ca. 8 kg Fallgewicht.

Mit ungefähr derselben Geschwindigkeit treffen die Meifsel die Bohrlochsohle, in welcher ihr Eindringen jedenfalls nicht früher enden soll, als bis die an das Tellerventil k nach unten gebogenen Führungslappen durch Aufstofsen ihrer unteren Enden auf die Schraube / das Ventil k so weit geöffnet haben, dafs das Ringventil i durch das nun von unten heftig nachströmende Wasser aufwärts zugeworfen werden kann. Nach seinem Schlufs wirkt dieses Ventil als Kolben in dem ausgebohrten Rohr m, mittelst dessen der durch das Beharrungsvermögen der noch nicht zur Ruhe gelangten Wassermasse bedeutend erhöhte Wasserdruck den Stempel schnell wieder in die Höhe treibt bezw. wirft, bis das Tellerventil k durch Anstofsen an den Kautschukring η wieder geschlossen, i dagegen durch dessen Führungslappen wieder geöffnet wird.

Während des Stempelaufganges wird das über dem geschlossenen Ringventil «befindliche Wasser in den zwischen dem Stempel und dem Dorn/ befindichen Raum gedrückt, aus welchem infolge dessen durch die unten angebrachten schrägen Bohrungen O ο das Wasser hinter dem Meifsel her gegen die Bohrlochsohle gesprizt wird, um die von dem Meifsel losgetrennten Brocken sofort wegzuspülen. Das gegen Ende des Stempelaufganges und zu Anfang seines Niederganges zwischen Stempel und Leitbüchsen durchschiefsende Wasser strömt an der ganzen inneren Peripherie des Bohrrohres herab gegen den Umfang der Bohrlochsohle und spült von hier aus alle losen Gebirgstheile nach der Mitte zu, von welcher aus sie aufwärts durch den hohlen Dorn f und das hohle Bohrgestänge ihren Ausgang finden.

Wie aus den oben beschriebenen Vorgängen zu entnehmen, ist der Niedergang des Stempels ein nicht gleichmäfsig, sondern stark zunehmend beschleunigter, der Aufgang dagegen ein anfangs abnehmend beschleunigter und später ein zunehmend retardirter. Sollte letzterer nicht vollhübig oder vielleicht gar nicht erfolgen, weil die Meifsel zu frühzeitig auf harten Widerstand gestofsen und dadurch das Umsetzen der Ventile k und i verhindert hätten, so braucht man nur mittelst des Bohrgestänges das Bohrinstrument so viel höher anzuholen, als sich zum ungestörten Functioniren als nothwendig ergiebt. So lange die Beschaffenheit des Gebirges sich nicht wesentlich ändert und die Verrohrung regelmäfsig nachsinkt, braucht man an der richtig abgepafsten Stellung des Bohrinstrumentes nichts zu ändern.

Dagegen ist es für das Anlassen nothwendig, das Bohrinstrument mittelst seines Gestänges so weit anzuheben, dafs bei abgesperrtem Wasserzutritt der Stempel bis zum Aufsetzen des Ventiles i auf die Schraube / niedersinken und . so dieses Ventil (nach Oeffnen des Ventiles k) schliefsen mufs. Sobald dann der nothwendige Druck im Windkessel der Pumpe hergestellt ist, wird die Absperrung des Druckrohres plötzlich geöffnet und der Stempel beginnt sein Spiel, bei welchem der Niedergang zunächst nicht durch Aufstofsen der Meifsel, sondern durch den Stofs des Wassers beendet wird, . welches das Ventil i zugeworfen hat und von diesem Augenblick an seine lebendige Kraft zum Aufwärtstreiben des Stempels verwendet. Man läfst dann das Instrument wieder so viel nieder, dafs die Meifsel ihre angemessene Arbeit bekommen. "

Ein mehr oder minder heftiger Wasserstofs findet bei Beendigung des Niederganges auch statt, wenn die Meifsel mehr oder minder hart aufstofsen. In dem Moment, wo dies geschieht, ohne dafs das Ventil / bereits zum Schliefsen gelangt ist, unterstützt dieser Wasserstofs die

Meifselarbeit durch einen momentan bedeutend gesteigerten Wasserdruck, welcher in nicht sehr hartem Gebirge die Leistung noch wesentlich erhöht, jedoch gegen hartes Gestein (Granit und dergleichen) wegen. der bedeutenden elastischen Nachgiebigkeit des Wassers und seiner Umgebung (der Verrohrung) nur wenig zu dieser Leistung beitragen kann. Dagegen befördert dieser Wasserstofs sehr wesentlich das Nachsinken der Verrohrung, indem er einestheils dieselbe gegen das umschliefsende Gebirge lossetzt, anderntheils durch seine vertical nach unten gerichtete Wirkung auf das Bohrinstrument, welche sich als Stofswelle, durch das Bohrgestänge und den dasselbe tragenden Stopfbüchsendeckel alsbald auf die Verrohrung überträgt und so diese kräftig im Sinken unterstützt. Wesentlich moderiren läfst sich dieser Wasserstofs durch schlankere Konicität der Schlufsflächen des Ringventiles i, sowie durch Erhöhung seines Gewichtes, da durch langsamere Verengung der Durchflufsöffnung Zeit für Beschleunigung des Kolbenaufganges gewonnen wird.

Speciell ist noch zu bemerken, dafs die Meifsel, sowie die Manschette g nebst Drückung und Unterlagscheibe ganz der lichten Weite der Bohrlochverröhrung angepafst werden müssen, aufserdem aber für weitere Bohrröhren zur annähernd sicheren Centrirung des Bohrinstrumentes unter seiner Hülse bei r ein passender Ring zwischengelegt und durch die untere Verschraubung mitgehalten wird.

Ein absolut dichter Schlufs aller kolbenartig wirkenden Theile ist absichtlich vermieden, um die Wasserströmung, welche theils zur Reinhaltung der arbeitenden Theile, theils zur Begrenzung allzu heftiger Stöfse erforderlich ist, nie vollständig zu unterbrechen.

Ueberhaupt ist das in den Fig. ι bis 5 dargestellte Arrangement für Verhältnisse berechnet, unter denen die Spritzarbeit von vorwiegender, die Meifselarbeit nur von secundärer Bedeutung ist, aber dennoch genügen soll, um etwa ausnahmsweise vorkommende feste Gesteinstücke, wenn auch langsam, zu durchsinken.

Dagegen stellt die Fig. 6 ein Arrangement dar, mittelst dessen man selbst mit weniger Spritzwasser dennoch eine bedeutend kräftigere Meifselarbeit erzielen kann. Betrüge z. B. die Wassermenge im Augenblick der Maximalgeschwindigkeit nur 4I pro Secunde (d. i. halb so viel als oben angenommen) und der effective Querschnitt des Stempels, Fig. 6, entsprechend

62² — H- 6 · 24 · 4 — 58² — = 950 qmm
4 4 ■

= 0,095 qdm, .·,

so betrüge seine Geschwindigkeit in diesem Augenblick

= 42,1 dm = 4,₂ m (gegen 3,57 m oben);

und die betreffende Geschwindigkeitshöhe

4,»·
2 · 9,81

= 0,9 m (gegen 0,65 m oben),

die Meifselwirkung wäre also hier beinahe um 40 pCt. kräftiger, die Spritzwirkung dagegen bedeutend geringer, während zum Hinaufspülen selbst grober Berge ein Wasserquantum von 2 1 pro Secunde noch vollkommen genügt.

Fig. 7 zeigt ein noch einfacheres Arrangement, bei welchem aber die eigentliche Spritzarbeit gegen die Bohrlochsohle mittelst scharfer, durch enge Mündungen unten im Stempel erzeugter Wasserstrahlen gänzlich fehlt, dagegen die Spülung neben der Meifselarbeit, ebenso wie bei den oben beschriebenen beibehalten ist. Dieses Arrangement empfiehlt sich für zäheres und festeres Gebirge, in welchem das Spritzen überhaupt ohne wesentlichen Erfolg ist, namentlich Letten, Schieferthon, Torf, Braunkohle, Lignit, Kreide, Muschelkalk, Sandstein etc. einestheils durch seine gröfsere Einfachheit, anderntheils durch den Umstand, dafs es auch für etwas geringere Bohrlochweiten in angemessener Stärke anwendbar ist.

Bei einem effectiven Stempelquerschnitt von beispielsweise

5ο² Η 6 · ΐ8 ·4

2
■ 42 — = IOO4 qmm

γζξ 0,1004 qdm,

wie in der Zeichnung ungefähr angenommen, und bei derselben Wassermenge würde das Arbeitsresultat im übrigen nahezu dem in Fig. 6 dargestellten mit 0,095 qdm effectivem Stempelquerschnitt gleichkommen.

Nimmt man die durchschnittliche Geschwindigkeit, mit welcher der Stempel auf- und abgetrieben wird, nur zu etwa Y₃ seiner Maximalgeschwindigkeit von beispielsweise 0,65 bezw. o,₉ m, also zu 0,22 bezw. 0,30 m, die Hubhöhe zu 0,06 m an, so ergiebt dies pro Minute

0,22 bezw. 0,30 · ...

60 = 110 bezw. 150 Schlage;

2 · 0,06

es steht jedoch bei entsprechender Betriebskraft nichts im Wege, diese Anzahl auf das Doppelte oder noch weiter zu erhöhen, wo sich ein Bedürfnifs dazu herausstellen sollte.

Ueberhaupt sollen die hier angenommenen Dimensionen und Zahlen nur als Beispiel zur Verdeutlichung dienen, keineswegs aber für die Patent - Ansprüche mafsgebend sein. Ebenso wird vorbehalten, anstatt des Bremsbandes d, Fig. 2 und 5, jedes beliebige andere Frictions- oder auch fein gezahnte Gesperre anzuwenden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   Bei Gesteinbohrmaschinen mit Wasserspülung für senkrechte Bohrlöcher:

   i. Die Verbindung des röhrenförmigen, in oder auf dem hohlen Bohrgestänge gleitenden Kolbens α mit den beiden Ventilen k und i in der Weise, dafs bei geschlossenem Ventil k und geöffnetem Ventil i eine Abwärtsbewegung des Kolbens α stattfindet, indem das von über Tage zwischen Verrohrung und hohlem Gestänge kommende Spritzwasser das offene Ventil i passirt und auf das ringförmige Ventil k drückt, so lange bis die . senkrecht nach unten gerichteten Lappen des letzteren auf den vorspringenden Ring / stofsen, dadurch k heben und ein plötzliches heftiges Durchtreten des Wassers in den hohlen Kolben und von hier in das Bohrgestänge bewirken, was ein Emporschnellen und Schiiefsen des Ventiles / nach oben und damit ein Heben des Kolbens zur Folge hat, wobei Ventil i als abdichtender Kolben wirkt.

   Die sich nach einer Seite drehenden Leitbüchsen b und c, welche mit Zügen von Rechts- und Linksdrall versehen sind, um ein Umsetzen des Kolbens und des mit ihm verbundenen Meifsels zu bewirken.

   Die nach oben sich im Querschnitt vergröfsernden Vorsprünge am Kolben a, welche bei der Abwärtsbewegung desselben den Wasserdurchtritt nach unten verringern, zu dem Zweck, die Bewegung des Kolbens nach unten zu beschleunigen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.