DE161794C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die bisher beim Tiefbohren verwendeten Dampfzylinder, deren Kolbenstange unmittelbar am Bohrschwengel angreift, weisen verschiedene Mängel auf, die eine Verwendung derartiger Antriebsvorrichtungen beim Bohren mit Freifall erschweren. Werden die bekannten Dampfzylinder beim Freifallbohren benutzt, so wird nämlich ihre Steuerung nur dann richtig arbeiten, wenn das Freifallstück

ίο mit dem Meißel vom Gestänge bezw. von der mit dem Gestänge verbundenen Fangvorrichtung ergriffen wird.

Wenn jedoch, was erfahrungsgemäß zuweilen eintritt, die Fangvorrichtung versagt,

d. h. der Meißel mit der Schwerstange vom Gestänge usw. nicht gefaßt wird, so drückt der Dampf· den Kolben trotz der durch den Fortfall des Gewichtes des Freifallstückes mit Schwerstange und Meißel entstandenen geringeren Belastung des Bohrschwengels mit gleicher Kraft nieder, was zur Folge hat, daß der Schwengel sehr heftig auf den Prellbock schlägt, und daß die Umsteuerung durch Schläge auf die Mitnehmer und das Hebelwerk

mit solcher Wucht bewirkt wird, daß diese Teile sehr häufig brechen und ihre Wiederherstellung Zeit- und Kostenverlust hervorruft. Die vorstehenden Übelstände treten ebenfalls ein, wenn es in der höchsten Stellung des das Gestänge tragenden Schwengelarmes nicht gelungen ist, den Meißel mit der Schwerstange usw. zum Abfallen zu bringen, und daher diese Teile den das Gestänge tragenden Schwengelarm mehr belasten als im geregelten Betrieb. Infolge der größeren Belastung des einen Schwengelarmes wird nämlich der Kolben im Zylinder mit vermehrter Geschwindigkeit in die Flöhe getrieben und verursacht dadurch die gleichen Schäden wie bei beschleunigtem Niedergang des Kolbens.

Ein weiterer Übelstand bei den bis jetzt verwendeten Schlagzylindern besteht darin, daß die Steuerung (Ventil oder Schieber) durch eine Hebelvorrichtung in der Weise bewegt wird, daß der am Kreuzkopf der Kolbenstange angebrachte Arm beim Auf- und Niedergehen auf diese Hebelvorrichtung" wirkt, um die Ventile oder den Schieber zu öffnen und zu schließen. Geht nun der Kolben einmal zu langsam nieder, so läßt, sobald der Schieber begonnen hat, den Dampfeinlaßkanal zu schließen, durch das verminderte Einströmen des Dampfes der Druck auf den Kolben nach, und der letztere kann nicht so weit niedergehen, daß die Steuerung den Dampfeinlaßkanal vollständig schließt, um im nächsten Augenblick den Dampfausströmungskanal zu öffnen, damit der Kolben, vom Dampf entlastet, wieder hochgehen kann.

Die angeführten Mißstände sollen durch den Gegenstand der Erfindung behoben und dadurch eine ausgedehnte Verwendung des Schlagzylinders als Antriebsmaschine für Freifallbohrung ermöglicht werden.

Zu diesem Zwecke wird ein zu rasches Niedergehen des Kolbens durch ein Luftkissen

im unteren Teil des Zylinders verhindert, welches dadurch geschaffen wird, daß im Zylinderboden ein Ventil angeordnet wird, welches beim Niedergang des Kolbens, falls das Freifallstück richtig gefaßt ist, offen bleibt, um die Luft aus dem unteren Teil des Kolbens auszulassen, welches sich jedoch bei beschleunigtem Niedergang des Kolbens, d. h. wenn das Freifallstück, die Schwerstange und der Meißel

ίο nicht gefangen werden, durch den erhöhten Druck der durch den Kolben niedergedrückten Luft schließt. Dadurch entsteht im unteren Teil des Zylinders ein Luftpolster, welches den Niedergang des Kolbens plötzlich hemmt und ein weiteres Heruntergehen des Kolbens nur mit verminderter Geschwindigkeit dadurch gestattet, daß die Luft sich durch ein zweites Ventil von geringem Querschnitt langsam aus dem Zylinder entfernt.

Geht der Kolben aber, wenn das Abfallen des Untergestänges (Freifallstück, Schwerstange und Meißel) nicht gelungen ist, mit erhöhter Geschwindigkeit in die Höhe, so wirkt ihm im oberen Teil des Zylinders ein Dampfluftkissen entgegen, welches dadurch gebildet λνΐι-d, daß das Auslaßventil nicht erst in der höchsten Stellung des Kolbens, sondern bereits dann durch eine Feder geschlossen wird, wenn der Kolben seine Aufwärtsbewegung beginnt. Der dadurch im oberen Teil des Zylinders eingeschlossene Dampf hemmt somit den Hochgang des Kolbens und gestattet dem letzteren, nur mit derjenigen Geschwindigkeit im Zylinder hochzugehen, welche durch den allmählichen Abgang des Dampfes durch eine besondere Ablaßleitung ermöglicht wird, die ihrerseits durch einen Hahn geschlossen wird, sobald der Kolben seine höchste Stellung er-, reicht hat.

Ein zu langsames Schließen des Dampfeinströmungskanales, wie solches bei der bekannten Hebelsteuerung möglich ist, wird dadurch vermieden, daß die Steuerung des Einlasses unabhängig von der des Auslasses vor sich geht, wobei, unmittelbar nachdem der Einströmungskanal geschlossen ist, das Öffnen des Ausströmuiigskanales vor sich geht, so daß auch bei verlangsamtem Niedergang des Kolbens die Steuerung so schnell wirkt, daß ein Stehenbleiben des Kolbens verhindert wird.

Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 den Schlagzylinder im Schnitt mit dem Bohrschwengel und der Steuerung in Ansicht; Fig. 2 stellt eine Einzelansicht der Ventile dar, Fig. 3 einen Schnitt durch das Auslaßventil und Fig. 4 eine Einzelansicht der Umstellvorrichtung· für das Einlaßventil.

Der Bohrschwengel α ruht, wie üblich, auf dem Bock b und trägt einerseits das Bohrgestänge c, andererseits den Kreuzkopf d, an welchem die Kolbenstange e des Schlagzylinders / angelenkt ist. Der Kreuzkopf be- wegt sich in bekannnter Weise in einer Führung g und trägt einen Arm h, welcher die Steuerung in Bewegung setzt.

Im Zylinderboden ist ein Ventil i angeordnet, welches an dem einen Arm eines Hebels k, der um einen Zapfen / drehbar ist, angelenkt ist und durch das Gegengewicht m am anderen Hebelarm in der Offenlage gehalten wird. Nahe dem unteren Ende des Zylinders sitzt ein Hilfsventil n, nach welchem eine enge Bohrung der Zylinderwand führt.

In dem oberen Teil des Zylinders / mündet eine Röhre 0 (Fig. 2), welche durch einen _ Hahn p abgeschlossen wird und bei q in das Freie führt. Der den Flahn p schließende und öffnende Hebel r wird zusammen mit dem Auslaßventil gesteuert. · ,

Die Steuerung der Ventile wird in bekannter Weise durch den am Kreuzkopf d sitzenden Arm h bewirkt. Zur Übertragung der Bewegung des Armes h dient jedoch nicht wie bisher ein Hebelwerk, sondern es sind zu diesem Zweck die Stangen s und t vorgesehen, welche durch ein Querstück u des Armes h verschoben werden. Die Stange j beeinflußt das Auslaßventil v, die Stange t das Einlaßventil, welches in der Zeichnung nicht besonders dargestellt ist.

Jede der Stangen j und t trägt zwei feste Anschläge χ und y, zwischen welchen das Querstück u des Armes h sich über den Stangen s und t bewegt. Die Anschläge χ und y werden unmittelbar vor den Endstellungen des Kolbens zwecks Verstellung der Stangen .y und t von dem Querstück u nach- · einander getroffen und mitgenommen. Die Anschläge der Stange t sind gegen diejenigen der Stange ί in ihrer Höhenlage derart versetzt, daß beim Hochgehen des Querstückes u zuerst der Anschlag y der Stange s, beim Tiefgehen zuerst der Anschlag χ der Stange t getroffen wird.

Die Stange des Auslaßventiles ν trägt an ihrem hinteren Ende einen gabelförmigen Fortsatz z, welcher den Durchgang des unteren Endes der Stange j gestattet und mit einer Rolle ι zur Führung der Stange versehen ist. Der untere Teil der Stange .? ist mit einer Abschrägung 2 versehen und besitzt einen schmalen Fortsatz 3. Letzterer besitzt einen Ausschnitt 4 und endigt in eine vorspringende Nase 5, welche so groß ist, daß sie beim Flochgehen der Stange .? den Hebel r des Hahnes p erfassen und mitnehmen kann.

Der untere Teil der Stange t ist mit einem Ausschnitt 6 versehen (Fig. 4), während das Ende 7 dieser Stange gegen diesen Ausschnitt durch eine Abschrägung 8 abgegrenzt ist. Die Stange t ist an einer Rolle 9 der Gabel 10

geführt, welche mit der Stange des Einlaßventiles verbunden ist. Die Ventile sitzen in einem durch eine Zwischenwand in zwei Räume geteilten Kasten 11. Der das Auslaßventil einschließende Raum ist mit der Auspuffleitung, der das Einlaßventil einschließende Raum mit der Dampf zuführungsleitung verbunden. Die Ventile schließen und öffnen den Kasten ii gegen den oberen Teil des Schlagzylinders /. Die Stange ί des Auslaßventiles ist mit einem Ansatz 12 versehen, an welchem eine Feder 13 angreift, die die Stange ί beständig in die Höhe zieht.

Die Ventile können auch, anstatt den Kasten 11 gegen den Zylinder abzusperren, in den Öffnungen des Kastens 11 gegen die Ein- und Auslaßleitung liegen, wobei der Kasten mit dem Zylinder ständig in Verbindung stehen und die Röhre 0 in den Kasten 11 anstatt in den Zylinder münden müßte.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende:

Wurde das üntergestänge durch das durch den Schwengel bewegte Obergestänge richtig gefaßt, so drückt der bei geöffnetem Einlaß und geschlossenem Auslaß auf den Kolben wirkende Dampf den Kolben mit gewöhnlicher Geschwindigkeit im Zylinder / nieder. Das Ventil i im Kolbenboden bleibt unter Wirkung des Gegengewichtes m geöffnet und gestattet den Austritt der Luft aus dem unteren Teil des Zylinders /. Gleichzeitig entweicht eine entsprechend geringere Luftmenge durch das stets geöffnete Ventil n. Unmittelbar bevor der Kolben seine Tiefstellung erreicht hat, trifft das Querstück u des Armes h zuerst auf den Anschlag χ der Stange t, dann auf den Anschlag χ der Stange ^ und nimmt beide Anschläge so lange mit, bis der Kolben in. seine tiefste Stellung ankommt. Durch die Mitnahme der Anschläge χ werden die mit diesen fest verbundenen Stangen ί und ί nacheinander gesenkt.

Während der Abwärtsbewegung des Kolbens war das Einlaßventil geöffnet, und demgemäß befand sich die Rolle 9 des gabelförmigen Fortsatzes 10 des Ventiles in Eingriff mit dem verstärkten Ende 7 der Stange f. Durch die Verschiebung der Stange t nach unten gleitet die Rolle 9 über die Abschrägung 8 der Stange t herab in den Ausschnitt 6 dieser Stange und bewirkt dadurch eine Verschiebung der Gabel 10 nach innen derart, daß "das Einlaßventil geschlossen wird.

Die Abwärtsbewegung der Stange .? unter Überwindung der Feder 13 bewirkt den Anstoß der Abschrägung 2 an der Rolle 1 der Gabel ζ und die Verschiebung" der Gabel s nach außen, so daß im nächsten Augenblick der Abwärtsbewegung der Stange ί der über dem schmäleren Fortsatz 3 gelegene stärkere Teil der Stange s die Rolle 1 und damit die Gabel s nach außen drückt, so daß das Auslaßventil ν unter Überwindung seiner Feder derart verschoben wird, daß der Ventilkegel die Auslaß-Öffnung nach dem Zylinder hin freigibt. Der Dampf kann also durch die Zylinderbohrung in den Kasten 11 und von hier aus nach der Auspuffleitung.strömen, nachdem bereits vorher durch die Stange t das Einlaßventil geschlossen wurde.

Durch den Abwärtsgang der Stange.? wurde aber auch der Hebel r des Hahnes ρ umgestellt. Dieser Hebel nahm während der Abwärtsbewegung des Kolbens, die in Fig. 2 punktiert gezeichnete Stellung ein, in welcher der Hahn /; geschlossen ist. Die abwärtsgehende Stange ί trifft nun mit der Fläche 14, welche die Aussparung 4 nach oben begrenzt, auf den Hebel r und stellt ihn in die in Fig. 2 in vollen Strichen gezeichnete Lage um, in welcher der Hahn p geöffnet ist. Der Dampf kann also nicht nur durch das Auslaßventil und den Ventilkasten 11 in die Auspuffleitung, sondern auch gleichzeitig unmittelbar aus dem Zylinder durch das Rohr 0 und den Hahn p bei q ins Freie treten. Da die Öffnung des Flahnes p aber erheblich enger ist als die Öffnung des Auslaßventiles, so wird durch den Hahn p bezw. durch das Rohr 0 nur eine geringe Menge Dampf ausströmen.

Hat sich der Dampf aus dem oberen Teil des Zylinders / entfernt, so tritt das Mehrgewicht des Bohrgestänges am anderen Schwengelann in Wirkung und verursacht das Hochgehen des Kolbens. Unmittelbar nachdem , der Kolben seine Aufwärtsbewegung angetreten hat, verläßt das Querstück u des mit der Kolbenstange e hochgehenden Armes h die Anschläge χ der Stangen ί und t. Die Stange ί loo bleibt in ihrer Tieflage stehen, so daß das Einlaßventil während des Hochganges des Kolbens geschlossen bleibt. An der Stange ί hingegen wird, sobald der Druck des Querstückes u auf den Anschlag χ aufhört, die Feder 13 entlastet. Diese zieht daher die Stange ί um eine der Federspannung entsprechende Strecke in die Höhe, und zwar so weit, daß die Rolle 1 von dem stärkeren Teil der Stange s über die Abschrägung 2 herab auf den schmäleren Fortsatz 3 gleitet. Hierdurch schließt sich das Auslaßventil ν unter der Wirkung seiner Feder.

Der Dampf im oberen Teile des Zylinders kann nun nicht mehr in den .Ventilkasten 11 gelangen, sondern bleibt im Zylinder eingeschlossen und würde den weiteren Hochgang des Kolbens hemmen, wenn ihm nicht durch das unmittelbar an den oberen Teil des Zylinders angeschlossene Rohr 0 ein Ausweg ge- .120 schaffen wäre. Letzteres ist dadurch mit der Außenluft in Verbindung gebracht, daß der

Hahn p beim Abwärtsgang der Stange 5 durch die Fläche 14 des Fortsatzes 3 der Stange s . geöffnet wurde. Die durch die Feder 13 hervorgerufene Aufwärtsbewegung der Stange s, die ein Schließen des Auslaßventiles zur Folge hatte, genügte nicht, um den Hahn p zu schließen, da die Nase 5 der Fortsatzes 3 der Stange j den Hebel r des Hahnes p noch nicht erreichte. Der Hebel r liegt also auch bei geschlossenem Auslaßventil in der Aussparung 4 des Stangenfortsatzes 3 derart, daß er den Hahn p in der Offenlage hält (Fig. 2).

Durch die enge Bohrung des Hahnes p kann der Dampf nur allmählich aus dem Zylinder ausströmen und bildet daher im oberen Teil des Zylinders f ein nach und nach schwindendes Kissen, welches ein langsames Hochgehen des Kolbens bewirkt, so daß auch dann, wenn der Freifall nicht zum Abfallen gebracht worden ist, die Aufwärtsbewegung des Kolbens durch das Mehrgewicht des Meißels und Gestänges nicht erheblich beschleunigt werden kann.

Unmittelbar bevor der Kolben seine höchste Stellung erreicht, trifft das Querstück 11 zuerst auf den Anschlag* 3' der Stange .s· und dann auf den Anschlag y der Stange t und nimmt beide Anschläge und damit beide Stangen so lange mit, bis der Kolben seine höchste Lage erreicht hat.

Durch die Mitnahme des Anschlages 3' der Stange s und die hierdurch hervorgerufene Aufwärtsbewegung der Stange .? wird der Hahn p dadurch geschlossen, daß die Nase 5 des Fortsatzes 3 der Stange s den Hebel r des Hahnes p erfaßt und diesen in die in Fig. 2 punktiert gezeichnete Stellung dreht. Der Auslaß ist nun vollständig abgesperrt.

Durch Mitnahme des Anschlages 31 der Stange t und das hierdurch bedingte Hochgehen der Stange t stößt die Rolle 9 der Gabel 10 des Einläßventiles an die Abschrägung der Stange t und gelangt auf das verstärkte Ende 7 der Stange t. Dadurch wird die Gabel 10 nach außen verschoben und das Einlaßventil geöffnet, so daß Dampf in den oberen Teil des Zylinders eintreten und auf den Kolben wirken kann, wodurch dieser wieder nach unten gedrückt und das Gestänge gehoben wird.

Hat nun das Obergestänge das Untergestänge nicht gefaßt, so geht der Kolben mit einer Beschleunigung nieder, welche dem Ausfall des Gewichtes der nicht gefangenen Bohrwerkzeuge entspricht. Dieser vermehrte Druck des Kolbens auf die im unteren Teil des Zylinders f eingeschlossene Luft bringt das Ventil i unter Überwindung des Gegengewichtes m zum Schluß. Es bildet sich also im unteren Teil des Zylinders ein Luftkissen, welches den raschen Niedergang des Kolbens plötzlich hemmt und gemäß dem langsamen Abgang der Luft durch das Ventil η allmählich schwindet, so daß der Kolben sich mit gewöhnlicher Geschwindigkeit nach unten bewegt.

Durch das Dampfluftkissen über dem Kolben wird in bekannter Weise gleichzeitig das Gewicht des Gestänges ausgeglichen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Schlagzylinder für Schwengel-Tiefbohrvorrichtungen, bei welchem die Steuerung von der Kolbenstange aus vermittels eines Armes und einer zur Kolbenstange parallelen, achsial verschiebbaren, mit Anschlagen versehenen Welle bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Zylinderdeckel ein unter Gewichtsbelastung stehendes Ventil (i) und am oberen Zylinderraum eine besondere, vom Hauptauspuff unabhängige, durch einen Hahn (p) absperrbare Auspuffleitung (0) vorgesehen ist, so daß für den Fall nicht regelrechten Abwärtsganges und Aufwärtsganges des Kolbens allmählich schwindende, pufferartig wirkende Luft- oder Dampfkissen gebildet werden, durch die die Kolbengeschwindigkeit geregelt wird.

2. Schlagzylinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge der zur Kolbenstange parallelen Steuerungsstangen (s, t) so in der Höhenlage gegeneinander versetzt sind, daß bei der Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens nacheinander das Auspuffventil (v) und die Auspuffleitung (0) geschlossen und das Einlaßventil geöffnet werden, während bei der Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens zuerst das Einlaßventil geschlossen und alsdann das Auslaßventil (v) geöffnet werden.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.