DE19530802C1 - Bohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Bohrgeräte DE 39 19 824 A1 finden auf solchen Baustellen Verwen­ dung, an denen eine kleinere Anzahl von Bohrlöchern erzeugt werden muß, wobei zunächst mit einem Bohrerstrang das Erdmaterial gelöst und zur Erdoberfläche gefördert wird und dann durch Absenken eines Bohrrohrstranges das Bohrloch gegen Nachrutschen von Erdreich geschützt wird. Während auf großen Baustellen, bei denen eine große Anzahl derartiger Bohrlöcher erzeugt werden muß, zum Eintreiben des Bohrrohrstranges in das Erdreich eine gesonderte Verrohrungsmaschine verwendet wird, verwendet man zum Drehen und Nachuntenrücken des Bohr­ rohrstranges auf kleinen Baustellen den Bohrkopf. Es versteht sich, daß man bei diesem Vorgehen jeweils nach dem Stand der Arbeiten eine mechanische Verbindung zwi­ schen dem Abtriebsteil des Bohrkopfes und dem Bohrrohr­ strang oder dem Bohrerstrang herstellen muß. Auch das Ziehen des Bohrrohrstranges erfolgt unter Drehen des­ selben durch den Bohrkopf, um die auszuübenden Zugkräfte zu reduzieren.

Die derart erzeugten Bohrlöcher werden in der Regel mit Ortsbeton verfüllt, der nach dem Abbinden einen Gründungspfahl bildet. In den Ortsbeton werden zur Ver­ besserung seiner Belastbarkeit Armierungskörbe gestellt. Zieht man nun bei einem derart mit einem Armierungskorb versehenen und mit Ortsbeton gefüllten Bohrloch den Bohrrohrstrang unter Drehen unter Verwendung des auch auf den Bohrerstrang arbeitenden Bohrerkopf es, so wird durch den ständig in der gleichen Richtung in Drehung versetzten Bohrrohrstrang die Betonmasse und damit auch der in dieser befindliche Armierungskorb letztlich in Drehung versetzt. Hierdurch können sich unkontrollierte Lageänderungen des Armierungskorbes ergeben.

Dieses Problem taucht bei den auf großen Baustellen eingesetzten Bohrgeräten nicht auf, da deren Verrohrungs­ maschinen auf den Bohrrohrstrang eine hin- und hergehende Drehbewegung ausüben (Schockieren des Bohrrohrstranges), vgl. die DE 31 11 090 A1.

Es wurde nun erkannt, daß man auch an einem einfacheren Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ein unkontrolliertes Verlagern von in das Bohrloch einge­ brachten Armierungskörben beim durch Drehen unterstützten Ziehen des Bohrrohrstranges dadurch vermindern kann, daß man einen automatischen Richtungsumschalter vorsieht, dessen Schaltfrequenz unter Berücksichtigung der Drehgeschwin­ digkeit des beim Bohrrohrziehen auf den Bohrrohrstrang arbeitenden Antriebes so gewählt ist, daß letzter nur be­ grenzte pendelnde Winkelbewegungen durchführt.

Die bei diesen raschen Schwenkbewegungen auf das einge­ füllte Betonvolumen ausgeübten Mitnahmekräfte heben sich im zeitlichen Mittel heraus, so daß auch auf den in den Beton eingesetzten Armierungskorb keine Netto-Drehmomente oder Netto-Kräfte ausgeübt werden.

Dieser Vorteil wird mit nur geringen zusätzlichen Kosten erhalten, da das Vorsehen eines automatischen Richtungs­ umschalters keinen Eingriff in teure hydraulische Leistungs- Anlagenteile notwendig macht. Wird zur Ansteuerung des Richtungsumsteuerventiles eine speicherprogrammierbare Steuerung verwendet, so läßt sich der automatische Rich­ tungsumschalter einfach durch einen zusätzlichen Programm­ block realisieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Ein solche Wahl der Schockier-Umschaltfrequenz, die zu den im Anspruch 2 genannten Winkelhüben führt, stellt einerseits sicher, daß eine gute Unterstützung des Ziehens des Bohrrohrstranges durch Drehen desselben erhalten wird, andererseits aber keine Netto-Mitnahme des Betons erfolgt.

Das Abwerfen von Bohrklein vom Bohrer kann man an einem erfindungsgemäßen Bohrgerät gemäß Anspruch 3 auf sehr einfache Weise automatisieren, indem man zusätzlich zum schon vorgesehenen Schockier-Umschalter noch eine kleine weitere Maßnahme vorsieht, nämlich einen weiteren automa­ tischen Richtungsumschalter, der mit einer Abwerf-Umschalt­ frequenz arbeitet, die in der Praxis in der Regel kleiner ist als die Schockier-Umschaltfrequenz. Bei Realisierung der Umschalter durch eine speicherprogrammierbare Steuerung benötigt man hierzu nur einen zusätzlichen Programmblock.

Während die Frequenz des Abwerf-Richtungsumschalters so gewählt ist, daß der bei seinem Arbeiten mit dem Abtriebs­ teil des Bohrkopfes verbundene Bohrerstrang auf volle Drehzahl beschleunigt und dann abrupt abgebremst wird, um in der Bohrerschnecke enthaltenes Erdreich abzuschleu­ dern, wird die Arbeitsfrequenz des Schockier-Richtungsum­ schalters so angepaßt, daß man unter Berücksichtigung der Drehzahl des Abtriebsteiles des Bohrkopfes nur die oben schon angesprochene verhältnismäßig kleine Hin- und Herbewegung des Bohrrohrstranges erhält.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß dann, wenn der Bohrkopf zum Schockie­ ren eines Bohrrohrstranges verwendet wird, automatisch auch die Arbeitsdrehzahl des Abtriebsteiles herabgesetzt wird. Auch dies ist im Hinblick auf ein schonendes Schoc­ kieren von Vorteil.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 läßt sich die Drehzahlumschaltung des Bohrkopfes sehr präzise und zuverlässig realisieren.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 erlaubt dem Bedienungspersonal in allen Betriebsarten des Bohr­ kopfes den Bohrkopf auf gleiche Weise anzuhalten bzw. in Gang zu setzen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur eine sche­ matische Darstellung der wichtigsten mechanischen Teile eines Bohrgerätes sowie einer zugeordneten Steuerung.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Wendelbohrer bezeichnet, der zum Erzeugen eines Bohrloches im Erdreich dient. Der Wendelbohrer 10 ist mit einer Antriebsstange 12 verbunden, die z. B. quadratischen Querschnitt aufwei­ sen kann und drehschlüssig, jedoch axial verschiebbar in einem Abtriebsteil 14 eines insgesamt mit 16 bezeich­ neten Bohrkopfes geführt ist. Das Abtriebsteil 14 hat eine mittige Antriebsöffnung 18, die zur Querschnitts­ form der Antriebsstange 12 komplementäre Gestalt hat, und einen Außenzahnkranz 20, der über ein Zwischenritzel 22 mit dem Abtriebsritzel 24 einen Hydromotor 26 kämmt.

Zum Abstützen der Wand des vom Wendelbohrer 10 erzeugten Bohrloches ist ein Bohrrohrstrang 28 vorgesehen, der aus einzelnen axialen hintereinanderliegenden und fest miteinander verbundenen Bohrrohrsegmenten besteht, die in der Praxis auch der Wendelbohrer 10 aus einzelnen miteinander verbundenen Bohrersegmenten bestehen kann.

Das obere Ende des Bohrrohrstranges 28 hat Mitnahmeöff­ nungen 30 und kann so über Mitnahmeschrauben 32 mit einer herabhängenden Antriebswand 34 des Abtriebsteiles 14 verbunden werden, in deren Innerem das obere Ende des Bohrrohrstranges 28 Aufnahme finden kann. Auf diese Weise kann der Bohrrohrstrang 28 wahlweise mit durch den Hydromotor 26 angetrieben werden, um die unter hoher Reibung gegenüber dem Erdreich aufzubringenden axialen Vorschubkräfte für den Bohrrohrstrang 28 zu vermindern.

Der Hydromotor 26 ist ein wahlweise rechts laufender oder linkslaufender Hydromotor. Seine beiden Arbeits­ öffnungen sind über Arbeitsleitungen 36, 38 mit den auslaßseitigen Anschlußöffnungen eines Umsteuerventiles 40 verbunden, welches als 4/3-Magnetventil wiedergege­ ben ist.

Von den einlaßseitigen Anschlußöffnungen des Umsteuer­ ventiles 40 ist die eine direkt mit einer Rücklaufleitung 42 verbunden. Die andere ist über eine steuerbare Drossel 44, welche als vorgesteuertes 2/2-Regelventil gezeigt ist, mit einer Druckleitung 46 verbunden, die mit einer in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Hydraulikpumpe des Bohrgerätes verbunden ist.

Der Steueranschluß der steuerbaren Drossel 44 ist über ein ein fluidisches ODER-Glied bildendes Wechselventil 48 einmal direkt (Leitung 50), das andere Mal über einen Druckminderer 52 mit den beiden Auslässen eines 3/3- Magnetventiles 54 verbunden. Dessen Eingang ist mit einer Steuerdruckleitung 46 verbunden.

Die Betätigung der Stellmagnete des Umsteuerventiles 40 erfolgt durch eine Leistungsstufe 58, welche bei Signalbeaufschlagung einer Rechtslauf-Steuerklemme den einen Stellmagneten, bei Signalbeaufschlagung einer Linkslauf-Steuerklemme den anderen Elektromagneten des Umsteuerventiles 40 erregt.

Die den Richtungs-Steuerklemmen der Leistungsstufe 58 zugeführten Steuerimpulse können alternativ von drei Richtungsumschaltern bereitgestellt werden, nämlich einem von Hand betätigten ersten Richtungsumschalter 60, einem mit niederer Frequenz laufenden zweiten Rich­ tungsumschalter 62 sowie einem mit höherer Frequenz umlaufenden dritten Richtungsumschalter 64.

Jeder der Richtungsumschalter 60, 62, 64 hat eine Steuer­ klemme und ist nur dann aktiv, wenn er an dieser ein Aktivierungssignal erhält.

Ein Betriebsartenwähler 66, der vom Bedienungspersonal des Bohrgerätes betätigbar ist, stellt jeweils an einem seiner drei Ausgänge ein Aktivierungssignal bereit. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel stellt dies ein­ fach das durchgeschaltete Ausgangssignal eines Haupt­ steuerschalters 68 dar, der in der Fahrerkabine des Bohrgerätes vorgesehen ist. Bei geöffnetem Hauptsteuer­ schalter 68 erhält somit keiner der Richtungsumschalter 60, 62, 64 ein Aktivierungssignal, was zur Folge hat, daß das Umsteuerventil in seiner neutralen Mittenstellung verbleibt, der Hydromotor 26 also hydraulisch verriegelt ist. Durch Schließen des Hauptsteuerschalters 68 wird dann das Arbeiten des jeweils durch den Betriebsarten­ wähler 66 aktivierten Richtungsumschalters 60, 62, 64 freigegeben.

In der Praxis entspricht die Aktivierung des ersten Richtungsumschalters dem normalen Bohrbetrieb, bei wel­ chem das Bedienungspersonal den Bohrer (oder falls an das Abtriebsteil 14 angeschlossen: den Bohrrohrstrang) unter manueller Richtungssteuerung kontrolliert.

Der zweite Richtungsumschalter 62 wird aktiviert, wenn vom Wendelbohrer 10 Erdmassen abgeschleudert werden. Hierzu wird durch den zweiten Richtungsumschalter 62 der Wendelbohrer auf volle Drehzahl beschleunigt (z. B. positive Halbimpulse seines Ausgangssignales), und durch die rasche Richtungsumkehr (negative Halbimpulse seines Ausgangssignales) werden die Erdmassen vom Bohrer abge­ schleudert.

Durch Aktivierung des dritten Richtungsumschalters 64 wird der Hydromotor 26 nur für jeweils kurze Zeitspannen in Rechts- bzw. Linkslauf in Gang gesetzt. Diese Zeit­ spannen sind im Hinblick auf die Drehzahl des Hydromotors so bemessen, daß die Winkelbewegung des Abtiebsteiles 14 eine Hin- und Herbewegung mit einem Winkelhub von 10 bis 90°, vorzugsweise etwa 20 bis 30° darstellt. Diese Betriebsart wird dann eingestellt, wenn der Bohr­ rohrstrang 28 zum Ziehen des Bohrrohres mit dem Abtriebs­ teil 14 verbunden wird. Unter diesen Bedingungen ist dann ins Innere des Bohrrohrstranges ein Armierungskorb und flüssiger Ortsbeton eingefüllt. Die beim Ziehen des Bohrrohrstranges auf diesen ausgeübten kurzhubigen Dreh­ bewegungen führen nicht dazu, daß die Betonmasse insgesamt eine Netto-Drehung ausführt und hierbei den Armierungskorb mitnimmt.

Die Ansteuerung des 3/3-Magnetventiles erfolgt für die eine Arbeitsstellung über eine Leistungsstufe 70, welche durch das dem höher frequent arbeitenden Richtungsum­ schalter 64 zugeordnete Ausgangssignal des Betriebsar­ tenwählers 66 angesteuert wird, zum anderen über eine Leistungsstufe 72 und ein ODER-Glied 74, dessen beide Eingänge mit den dem ersten und zweiten Richtungsum­ schalter zugeordneten Ausgängen des Betriebsartenwählers 66 verbunden sind.

Auf diese Weise wird erreicht, daß der Hydromotor 26 beim Schockieren des Bohrrohrstranges 28, welches zur Unterstützung des Ziehen des Bohrrohrstranges erfolgt, mit geringerer Drehzahl angetrieben wird als beim Bohren und beim Abschleudern von Erde vom Bohrer, denn bei den beiden letztgenannten Arbeiten erhält die Steuer­ öffnung der steuerbaren Drossel 44 hohen Steuerdruck, beim Schockieren niederen Steuerdruck, so daß im letzt­ genannten Falle der Hydromotor 26 mit weniger Druck­ mittel versorgt wird.

Zum Ausüben axialer Kraft auf den Bohrer und das Bohrrohr dienen auf den Bohrkopf arbeitende langhubige Hydraulik­ zylinder, die an einem das Bohrgerät tragenden Mäkler befestigt sind. Diese an sich bekannten Teile des Bohrge­ rätes sind in der Zeichnung nicht wiedergegeben.

Claims (7)

1. Bohrgerät mit einem Bohrkopf (16), welcher ein wahlweise mit einem Bohrerstrang (10) und einem Bohrrohrstrang (28) verbindbares Abtriebsteil (14) auf­ weist, mit einem einem Antriebsmotor (26) des Bohrkopfes (16) zugeordneten Umsteuerventil (40), über welches Arbeitsöffnungen des Antriebsmotors (26) wahlweise mit einer Druckleitung (46) und einer Rücklaufleitung (42) verbindbar sind, um das Abtriebsteil (14) im Rechtslauf, bzw. Linkslauf in Gang zu setzen, und mit einer dem Umsteuerventil (40) zugeordneten Steuereinheit, welche einen manuell betätigbaren Richtungsumschalter (60) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit einen automatischen Schockier-Richtungsumschalter (64) aufweist, dessen Ausgangssignale gleichermaßen wie die des manuellen Richtungsumschalters (60) zur Ansteuerung des Umsteuerventiles (40) verwendbar sind, daß der manuelle Richtungsumschalter (60) und der automatische Schockier­ umschalter (64) alternativ durch einen Betriebsartenwähler (66) aktivierbar sind und daß die Schockier-Umschaltfre­ quenz, mit welcher der Schockier-Richtungsumschalter (64) arbeitet, so auf die Drehzahl des Antriebsmotors (46) ab­ stimmbar ist, daß das Abtriebsteil (14) eine pendelnde Drehbewegung mit begrenztem Winkelhub ausführt.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelhub des Abtriebsteiles (14) weniger als 90°, vorzugsweise zwischen 20° und 30° beträgt.

3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet, durch einen mit einer vorgegebenen Abwerf-Umschalt­ frequenz arbeitenden automatischen Aushub-Abwerf-Rich­ tungsumschalter (62), dessen Ausgangssignale gleichermaßen zur Ansteuerung des Umsteuerventiles (40) verwendbar sind wie die des manuellen Richtungsumschalters (60) und des Schockier-Richtungsumschalters (64), wobei der Betriebs­ artenwähler (66) nun zum wahlweisen Aktivieren jeweils eines der drei Richtungsumschalter dient.

4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Umsteuerventil (40) führende Druckleitung (46) oder in die zum Umsteuerventil führende Rücklaufleitung (42) eine steuerbare Drossel (44) eingefügt ist und deren Stellmotor in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Betriebsartenwählers (66) erregt wird.

5. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor der steuerbaren Drossel (44) ein Druckmittelmotor ist, welcher über ein fluidisches ODER-Glied (48) wahlweise direkt oder unter Zwischen­ schaltung eines Druckminderers (52) mit einer Steuer­ druckquelle (56) verbindbar ist.

6. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ODER-Glied (48) mit seinem einen Eingang direkt und mit seinem anderen Eingang über den Druck­ minderer (52) mit den beiden auslaßseitigen Anschlüssen eines 3/2-Vorsteuerventiles (54), vorzugsweise eines 3/3-Vorsteuerventiles (54) verbunden ist, dessen Eingang mit der Steuerdruckquelle (56) verbunden ist, und daß das Vorsteuerventil (54) durch zwei Ausgangssignale des Betriebsartenwählers (66), die zum Einstellen des normalen Bohrbetriebes unter manueller Richtungsumsteue­ rung bzw. des automatischen Umsteuerns mit der Abwerf- Umschaltfrequenz bereitgestellt werden, in die erste Arbeitsstellung gebracht wird und durch ein drittes Ausgangssignal des Betriebsartenwählers (66), welches zum Einstellen des automatischen Umsteuerns mit der Schockier- Umschaltfrequenz bereitgestellt wird, in die zweite Arbeitsstellung gestellt wird.

7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch einen Hauptsteuerschalter (68), welcher das Arbeiten aller Richtungsumschalter (60, 62, 64) gleichermaßen freigeben und unterbinden kann.