DE19609899A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines Erdlochs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstel­ lung eines Erdlochs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen bzw. Maschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Werkzeughämmer sind hierbei zu mehreren direkt mit dem Werkzeugkopf verbunden, so daß die Schlagenergie über das Antriebsmedium auf die in das Bohrloch abgetauchten Hämmer und von diesen direkt auf die Bohrlochsohle übertragen wird, so daß das Verbindungsge­ stänge davon weitgehend unbeeinflußt bleibt. Der Werkzeug­ kopf ist über das Verbindungsgestänge mit einer außerhalb des Bohrlochs angeordneten Antriebsvorrichtung wie einem Drehantrieb verbunden, so daß die an dem Werkzeugkopf angeordneten Hämmer an immer neuen Stellen der Bohrloch­ sohle arbeiten. In erster Linie wird mit den in Rede ste­ henden Vorrichtungen in massivem Gestein gearbeitet.

Für die Praxis ist diese Art des Bohrens von zuneh­ mender Bedeutung, da einerseits die Qualität der Bohrlö­ cher besser ist und die Richtung der Bohrlöcher nahezu exakt eingehalten werden kann, andererseits aufgrund der schallschluckenden Einsatzweise im Bohrloch ohne wesentli­ che Außenwirkung Umweltkriterien wie Lärmbelästigung deut­ lich besser erfüllt werden.

Der Abtransport des an der Bohrlochsohle losgehämmer­ ten bzw. abgeschürften Gesteinsmaterials aus dem Bohrloch heraus kann bei derartigen Anlagen nur innerhalb des hoh­ len Verbindungsgestänges nach dem sogenannten Lufthebever­ fahren (reverse circulation) erfolgen, bei dem eine Flüs­ sigkeitssäule im Bohrloch steht und Luft als Spülflüssig­ keit in das Bohrgestänge oberhalb des Werkzeugkopfes ein­ geblasen wird, so daß durch die im Verbindungsgestänge hochsteigende Luft eine Druckdifferenz in der Flüssig­ keitssäule im Verbindungsgestänge zwischen Bohrloch und Oberfläche entsteht, die eine Strömungsgeschwindigkeit im Verbindungsgestänge induziert, mit der das Gesteinsmateri­ al durch das Verbindungsgestänge hindurch ausgetrieben wird.

Beim hämmernden Herstellen eines Erdlochs muß der für das Abtransportieren des gelösten Materials zur Verfügung stehende Innendurchmesser des Verbindungsgestänges eine gewisse Mindestgröße aufweisen, die an die hochzufördernde Gesamtmenge angepaßt ist. Auch weisen die losgeschlagenen Gesteinsbrocken im Vergleich zum reinen Drehbohren größere Dimensionen auf.

Das fluide Antriebsmedium für die am unteren Ende des Verbindungsgestänges sitzenden Bohrhämmer wird von dem entsprechenden Drehanschlußkopf am oberen Ende des Ver­ bindungsgestänges über eine in oder an dem-Verbindungs­ gestänge ausgebildete Zuführung den Bohrhämmern zugeführt.

Bei den wie erwähnt notwendig relativ großen Durch­ messern des Verbindungsgestänges ergeben sich Probleme bei den Dichtungen des Drehanschlußkopfes.

Hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Hämmer werden bei Drücken von etwa 50 bis 150 bar betrieben. Es zeigte sich, daß bei diesen hohen Drücken und dem große Durchmesser erfordernden Lufthebeverfahren bei den bisher an der kritischen Stelle des Übergangs zwischen dem fest­ stehenden Drehanschlußkopf und dem sich drehenden Verbin­ dungsgestänge eingesetzten Einfachdichtungen wirtschaftli­ che Standzeiten nicht zu erzielen waren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß bei größeren Außendurch­ messern des hohlen Verbindungsgestänges und den erforder­ lichen höheren Drücken die Vorrichtung mit längeren repa­ raturfreien Zeiträumen betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Das Verbindungsgestänge ist ringförmig von einem in der Regel stehend angeordneten Gehäuse umgeben. Das fluide Antriebsmedium wie Luft, Wasser oder ein Hydrauliköl kann von einer äußeren Zuleitung über einen in die Übergangs­ kammer führenden feststehenden Anschluß eingespeist wer­ den. Die Übergangskammer umgibt dabei ringförmig das Ver­ bindungsgestänge, so daß das Antriebsmedium unabhängig von der Drehstellung des Verbindungsgestänges mit der Zulei­ tung für das Arbeitsmedium in Kontakt steht. Zu beiden Seiten der Übergangskammer sind erfindungsgemäß jeweils mehrere in Achsrichtung gestaffelte stufenweise hydrau­ lisch entlastete Ringdichtungen vorgesehen.

Im Betrieb der Vorrichtung wird die Entlastung der Ringdichtungen so gewählt, daß die an jeder Ringdichtung wirkende Druckdifferenz einen Maximalwert, der von den Eigenschaften der verwendeten Dichtung abhängig ist, nicht überschreitet. Dazu wird jeweils auf der in Achsrichtung von der Übergangskammer abgewandten Seite einer jeden Ringdichtung ein Druck angelegt, der niedriger als der angelegte Druck auf der der Übergangskammer zugewandten Seite ist. Die Druckdifferenz, unter deren Wirkung die Dichtung an den Außenumfang des Verbindungsgestänges ange­ drückt wird entspricht einem von der Ringdichtung dauer­ haft ertragbaren Wert. Bei der in Achsrichtung außen, d. h. in der von der Übergangskammer hinwegweisenden Richtung nachfolgenden Ringdichtung liegen der vorangehende Entla­ stungsdruck als Anpreßdruck und ein um einen entsprechen­ den Wert niedrigerer Entlastungsdruck an, der wiederum der Belastungsdruck für die folgende Dichtung ist. So ernied­ rigen sich die Anpreßdrücke, stufenweise, wobei die ein­ zelne Ringdichtung jeweils nur einen noch zulässigen Druck von beispielsweise 10 bis 25 bar auszuhalten hat. Durch die Anzahl der verwendeten Ringdichtungen und die gewähl­ ten Entlastungsdrücke kann eine Anpassung an den Arbeits­ druck des fluiden Arbeitsmediums erfolgen.

Bevorzugt werden die den Ringdichtungen zur Entla­ stung zugeführten Hydraulikdrücke von Druckerzeugern bereitgestellt, und wirken in Ringkammern, die jeweils zwischen zwei Ringdichtungen an der der Übergangskammer abgewandten Seite angeordnet sind (Anspruch 2).

In einer in Betracht kommenden Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 werden zur Erzeugung der abgestuften Entla­ stungsdrücke Pumpen eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 jedoch werden als Druckerzeuger Druckuntersetzer bei­ spielsweise in Form von Druckzylindern mit einseitiger Druckflächenreduzierung (Anspruch 5) durch eine Kolben­ stange eingesetzt, wobei der die Kolbenstange aufweisenden Seite des Zylinders das Antriebsmedium und damit dessen Druck zuführbar ist, so daß über den Kolbenstangendurch­ messer und die verbleibende verringerte Wirkfläche auf der anderen Seite des Kolbens sich ein relativ zum Druck des Arbeitsmediums um einen festen Prozentsatz verringerter Druck zwangsläufig einstellt. Bei der derart zwangsweise über die Geometrie der Kolbenstange sich ergebenden Druck­ abstufung ist von Vorteil, daß eine Schwankung des Druckes des Arbeitsmediums automatisch auf die einzelnen, an den einzelnen Ringdichtungen wirkenden Druckdifferenzen aufge­ teilt wird, ohne daß ein Nachstellen der einzelnen Entla­ stungsdrücke notwendig ist. Diese Art der Bereitstellung der Entlastungsdrücke ist also von der Funktion von Pumpen und Steuerventilen unabhängig. Es werden so viele Druck­ untersetzer eingesetzt, wie Stufen des Entlastungsdrucks notwendig sind, wobei die Unterschiede in den untersetzten Drücken durch unterschiedliche Kolbenstangendurchmesser erzeugt werden.

Die Druckerzeuger können zweckmäßig an dem festste­ henden Gehäuse des Drehanschlußkopfs angeordnet sein, was baulich einfach ist und kurze Verbindungsleitungen ermög­ licht.

Wenn die stufenweise Entlastung der Ringdichtungen nach beiden Seiten der Übergangskammer symmetrisch erfolgt (Anspruch 8), können immer zwei Ringkammern an einen Druckuntersetzer angeschlossen werden.

Die Erfindung verkörpert sich auch in einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, bei der der Drehantriebs­ kopf das Verbindungsgestänge alternierend um einen unter­ halb 360° gelegenen Drehwinkel vorwärts und rückwärts dreht. Den Winkel, den das Verbindungsgestänge und damit der Werkzeugkopf bei jeder Drehung überstreichen muß, ist von der Anzahl der Hämmer auf dem gleichen Radius im Werk­ zeugkopf abhängig. Bei zwei Hämmern auf dem gleichen Radi­ us beispielsweise ist ein überstrichener Winkel von 180° ausreichend.

Vorteil dieser zweiten Ausführungsform ist, daß zur Ermöglichung der Drehung des Verbindungsgestänges keine verschleißanfälligen Dichtungen nötig sind. Der Anschluß der Zuleitungen an die Zuführungen kann beispielsweise durch Schläuche erfolgen, deren Länge derart bemessen ist, daß sie der notwendigen Winkelüberstreichung folgen kön­ nen. Durch den durch die alternierende Arbeitsweise be­ dingten begrenzten Drehwinkel kann die Zuleitung für das fluide Antriebsmedium fest mit den jeweiligen Zuführungen verbunden werden. Der eigentliche Drehanschluß für das fluide Antriebsmedium mit gegeneinander sich drehenden Flächen, an denen Dichtungen wirken, kann eingespart wer­ den.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen ersichtlich.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch einen außerhalb des Erdlochs angeordneten Antriebsaufbau einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 schematisch die Wirkungsweise des Lufthebesy­ stems bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 in Seitenansicht, teilweise geschnitten, den Drehanschlußkopf für das fluide Arbeitsmedium;

Fig. 4 einen durch die Achse gehenden Schnitt durch den oberen Teil der Fig. 3 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4A eine vergrößerte Wiedergabe des in Fig. 4 mit IVa bezeichneten, strichpunktiert umrandeten Bereichs;

Fig. 5 schematisch Schnittansichten dreier Druckun­ tersetzer mit unterschiedlichen Kolbenstangendurchmessern;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Werkzeugkopfes mit mehreren Bohrhämmern;

Fig. 7 eine Ansicht gemäß Fig. 6 von unten;

Fig. 8 perspektivisch eine Fig. 1 entsprechende An­ sicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt den außerhalb eines herzustellenden Erdlochs angeordneten Teil einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung der ersten Ausführungsform. Der insgesamt mit 3 bezeichnete Antriebsaufbau der Vorrichtung ist an einer Stützvorrichtung 2 befestigt, die auf einer insgesamt mit 1 bezeichneten Arbeitsplattform abgestützt ist. An einem Verbindungsgestänge 5, von dem nur der obere Teil gezeigt ist und das sich (nicht gezeigt) durch die Arbeitsplatt­ form 1 hindurch in das herzustellende Erdloch hinein und bis zum Werkzeugkopf erstreckt, greift ein schematisch gezeigter Drehantriebskopf 4 an. Der Antrieb des Verbin­ dungsgestänges 5 mit dem Drehantriebskopf 4 kann auf her­ kömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise erfolgen, beispielsweise über einen Hydraulikmotor.

Am oberen Ende des Verbindungsgestänges 5 ist ein mit 10 bezeichneter erster Drehanschlußkopf angeordnet, über den das am Grund des Erdlochs gelöste Material über das Auslaufrohr 21 nach außen abgeführt und Druckluft mittels einer ersten Zuleitung 13 in das Verbindungsgestänge ein­ geleitet wird. Unterhalb des ersten Drehanschlußkopfes 10 ist ein zweiter, insgesamt mit 20 bezeichneter Drehan­ schlußkopf angeordnet. Die Stützvorrichtung 2 ist um eine horizontale Achse A schwenkbar und mit Schwenkantrieben 6 verbunden, so daß sie geneigt werden kann und auch abwei­ chend von der Vertikalen Erdlöcher gebohrt werden können.

Fig. 2 erläutert schematisch das Verfahren, mit dem mit den Hämmern 41 des Werkzeugkopfs 40 gelöste Erdbrocken von der Sohle 10 des teilweise mit Wasser beispielsweise bis zu einem Spiegel 9′ gefüllten Erdlochs 9 nach außen befördert werden. Der Innenraum des Verbindungsgestänges 5 bildet ein Spülrohr 8, das normalerweise mit Wasser ge­ füllt ist, in das oberhalb des Werkzeugkopfes 40 durch eine Einlaßklappe 43 Luft eingeblasen wird, die außerhalb der Bohrvorrichtung mit einem nicht gezeigten Kompressor verdichtet wurde und über eine erste Zuleitung 13 und den ersten Drehanschlußkopf 10 mittels einer ersten Zuführung 12 entlang des Verbindungsgestänges 5 nach unten geführt wird. Die eingeblasene Luft bewirkt durch den Dichteunter­ schied zwischen der mit Luftblasen durchsetzten Flüssig­ keit in dem Spülrohr 8 und der äußeren Flüssigkeit in dem Erdloch 9 eine Aufwärtsströmung innerhalb des Spülrohres 8, mit der die Erdbrocken 7 nach oben transportiert und über das Auslaufrohr 11 aus der Vorrichtung herausgespült werden. Über eine zweite Zuleitung 23 wird im einteilig mit dem ersten Anschlußkopf gezeigten zweiten Anschlußkopf 20 der zweiten Zuführung 22 das Arbeitsmedium zugeführt und über diese entlang des Verbindungsgestänges 5 zum Antrieb der Hämmer 41 des Werkzeugkopfs 40 nach unten geführt.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Druck­ anschlußkopfes 20, wobei die linke Hälfte in Ansicht wie­ dergegeben ist und die rechte Hälfte einen durch die Achse B des Verbindungsgestänges 5 gehenden Schnitt durch den zweiten Drehanschlußkopf 20 zum Einleiten des Arbeitsmedi­ ums in die zweite Zuführung 22 zeigt. Innerhalb des Gehäu­ ses 24 sind gestaffelte Dichtungsanordnungen, deren Wir­ kungsweise weiter unten beschrieben wird, und die Drehlager 32 angeordnet, auf denen das Gehäuse 24 auf dem Außenumfang des Verbindungsgestänges 5 drehbar abgestützt ist. Der zweite Drehanschlußkopf 20 kann über eine Drehmo­ mentstütze 25 beispielsweise an der Abstützung 2 aus Fig. 1 befestigt werden. Diese Befestigung kann mittels Bolzen bewerkstelligt werden, die, falls der zweite Drehanschluß­ kopf 20 mitdrehen soll, nur entriegelt werden müssen. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung nämlich zwischenzeitlich nur für den reinen Drehbohrbetrieb eingesetzt werden, so dient das Lösen des das Verbindungsgestänge 5 umgebenden Gehäuses 24 des zweiten Drehanschlußkopfes 20 dazu, daß sich nach Lösen der Zuleitung für das fluide Antriebsmedi­ um der zweite Drehanschlußkopf 20 mitdrehen kann, so daß die Ringdichtungen in diesem Zustand weder hydraulisch noch mechanisch belastet werden, wodurch die Standzeit verlängert wird.

An dem feststehenden Gehäuse 24 sind in dem gezeigten Beispiel drei Druckuntersetzer 50 befestigt, auf deren Funktion noch eingegangen wird.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt üurch den zweiten Dreh­ anschlußkopf 20. Das Arbeitsmedium zum Antrieb der Hämmer - aus Umweltgründen und arbeitstechnischen Gründen wird bevorzugt Wasser verwendet - wird über einen feststehenden Anschluß 26, an den die zweite Zuleitung 23 (Fig. 2) ange­ schlossen wird, einer Übergangskammer 27 zugeführt, die das Verbindungsgestänge 5 ringförmig umgibt. Im Bereich des zweiten Drehanschlußkopfes 20 sollte die Oberfläche des Verbindungsgestänges 5 möglichst glatt und eben sein, so daß die gegen sie anliegenden Dichtungen nicht über­ mäßig auf Verschleiß beansprucht werden. Das Arbeitsmedium gelangt von der Übergangskammer 27 an der den Drehan­ triebskopf 20 durchsetzenden ersten Zuführung 12 für das Spülmedium vorbei durch über den Umfang verteilte Über­ trittsöffnungen 14 hindurch in eine am oberen Ende des Verbindungsgestänges 5 ausgebildete Ringkammer 15 und von dort in die an der Außenseite des Verbindungsgestänges 5 entlangführende zweite Zuführung 22 in Gestalt eines Roh­ res. Auch die Zuführung 12 ist ein an der Außenseite des Verbindungsgestänges entlangführendes Rohr. Die beiden Zuführungen 12 bzw. 22 und das Spülrohr 8 sind also von­ einander getrennt.

Das Gehäuse 24 weist einen oberen Flansch 28 und einen unteren Flansch 29 auf, zwischen denen die Über­ gangskammer 27 für das Arbeitsmedium in die zweite Zufüh­ rung 22 ausgebildet ist. Zu beiden Seiten der Übergangs­ kammer 27 sind vier in Achsrichtung hintereinander gestaf­ felte, mit 30a, 30b, 30c und 30d bezeichnete Ringdichtun­ gen angeordnet, die in dem Ausführungsbeispiel einen etwa L-förmigen Querschnitt aufweisen. Der eine Schenkel 35′ einer jeden Ringdichtung (Fig. 4A) ist der den hohen Druck führenden Übergangskammer 27 entgegengerichtet und liegt mit der Außenseite am sich drehenden Außenumfang 5′ des Verbindungsgestänges 5 an. Der jeweils andere Schenkel 35′′ erstreckt sich in einer zur Achse des Verbindungs­ gestänges 5 senkrechten Ebene nach außen. Die Schenkel 35′′ sind jeweils zwischen benachbarten Ringen 34a, 34b, 34c, 34d angeordnet, die in einer zylindrischen, der Au­ ßenumfangsfläche 5′ benachbarten Kammer 36 des Gehäuses untergebracht und mit den dazwischen befindlichen Schen­ keln 35′′ zu einem Paket oder Block zusammengezogen sind, so daß alle Ringdichtungen fixiert sind.

Die Ringe 34a, 34b, 34c, 34d belassen an ihrer der Außenumfangsfläche 5′ zugewandten inneren Umfangsfläche ringförmige Kammern 38a, 38b, 38c, 38d zur Aufnahme der Schenkel 35′ der Ringdichtungen. Die ringförmigen Kammern 38a, 38b, 38c verfügen jeweils über einen eigenen Anschluß 39a, 39b, 39c, durch den von einem Druckuntersetzer 50 ein Druckmedium zuführbar ist. Das der jeweiligen ringförmigen Kammer 38a, 38b, 38c zugeführte Druckmedium gelangt über den Spalt zwischen dem Innenumfang des der Übergangskammer 27 zugewandten benachbarten Ringes und der Außenumfangs­ fläche 5′ auf die Rückseite der nächsten, der Übergangs­ kammer 27 näheren Ringdichtung. So gelangt z. B. der Druck in der ringförmigen Kammer 38c auf die Rückseite 31d des Schenkels 35′ der Ringdichtung 30d und sucht diese von der Außenumfangsfläche 5′ abzuheben. Bei 44 dringt die unter dem vollen Druck stehende Flüssigkeit in die ringförmige Kammer 38d ein und drückt den Schenkel 35′ an die Außen­ umfangsfläche 5 an. Der in der ringförmigen Kammer 38c herrschende Druck wirkt der Andrückung entgegen. Für die tatsächliche Andrückung maßgebend ist die Druckdifferenz. Der Druck in dem Anschluß 39c wird so gewählt, daß die aktive Druckdifferenz einen bestimmten Grenzwert im Be­ reich von etwa 10 bis 25 bar nicht überschreitet, den die Ringdichtung 30d dauerhaft erträgt.

Der an dem Anschluß 39c zugeführte Druck drückt die Schenkel 35 der Ringdichtung 30c gegen die Außenumfangs­ fläche 5c an. Dieser Druck ist im allgemeinen zu hoch für die Ringdichtung 30c. Es wird daher an dem Anschluß 39b ein niedrigerer Druck zugeführt, der auf der Außenseite 31c des Schenkels 35′ der Ringdichtung 30c entlastend wirkt, so daß letztere nicht gefährdet wird. Bei der näch­ sten Ringdichtung 30b erfolgt die Entlastung mit dem an dem Anschluß 39a zugeführten Druck, der die Ringdichtung 30a nicht mehr gefährdet. So wird der hohe Druck in der Übergangskammer 27 stufenweise abgebaut, so daß der Schen­ kel 35′ jeder Ringdichtung nur mit einem für ihn ungefähr­ lichen Teildruck angedrückt wird.

Wie bereits erwähnt, sind innerhalb des Gehäuses 24 Lager 32 angeordnet, auf denen sich das Verbindungsgestän­ ge 5 innerhalb des fest angeordneten Gehäuses 24 drehen kann und die die Ringdichtungen radial in einer definier­ ten Position gegenüber der die Dichtfläche bildenden Au­ ßenumfangsfläche 5′ des Verbindungsgestänges halten. Von der sich drehenden Außenumfangsfläche 5, wird über die Ringdichtungen 30a, 30b, 30c, 30d ein Reibmoment auf das Gehäuse 24 übertragen, welches von der ebenfalls bereits erwähnten Drehmomentstütze 25 abgefangen wird.

Die gezeigte Ausführungsform ist beispielsweise für einen Druck eines Arbeitsmediums von etwa 70 bar ausge­ legt. Die erste ringförmige Kammer 38d wird mit einem Druck beaufschlagt, der ca. 85% des Druckes des Arbeits­ mediums in der Übergangskammer 27 beträgt. Die zweite ringförmige Kammer 38c wird mit einem Druck beaufschlagt, der etwa 50% und die dritte ringförmige Kammer 38b mit einem Druck, der etwa 15% des Druckes des Arbeitsmediums beträgt. Daraus folgt, daß die Druckdifferenz an der er­ sten Ringdichtung 30d ca. 10 bar beträgt, an der zweiten und dritten Ringdichtung 30b und 30c je etwa 25 bar und an der vierten Dichtung 30d wieder etwa 10 bar. Bei diesen Drücken tritt trotz des großen Außenumfangs des Verbin­ dungsgestänges 5 und einer an der Außenumfangsfläche 5′ von dem Drehantriebskopf erzeugten Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 20 m kein zu hoher Verschleiß auf, der erfah­ rungsgemäß unvermeidbar ist, wenn nur eine Dichtung unter dem gesamten Druck in der Übergangskammer 27 steht.

Je nach den Drücken des Arbeitsmediums kann die Zahl der Ringdichtungen variiert werden, jedoch stets so, daß die Druckdifferenz an der einzelnen Ringdichtung einen Grenzwert von beispielsweise 25 bar nicht überschreitet.

Die Druckentlastung der einzelnen Ringdichtungen 30d, 30c, 30b wird in fester Abhängigkeit vom Druck des Ar­ beitsmediums über die Geometrie der einzelnen Druckunter­ setzer 50 gesteuert. Fig. 5A, 5B und 5C zeigen den Aufbau dreier als hydraulische Zylinder 56 ausgebildeter Druck­ untersetzer 50A, 50B und 50C. Die Zylinder 56 weisen je­ weils eine Kopfplatte 55 und eine Bodenplatte 57 sowie eine die Kopfplatte 55 durchgreifende Kolbenstange 51A, 51B und 51C unterschiedlichen Durchmessers D, jedoch glei­ che Kolben 53 und bis auf die Anschlüsse 58 in der Boden­ platte 57 geschlossene Zylinderkammern 54 gleichen Durch­ messers auf. Das Arbeitsmedium wird dem Zylinder 56 je­ weils über einen Anschluß 52 auf der Kolbenstangenseite, d. h. in der Kopfplatte 55 zugeführt. Die Zylinderkammer 54 ist mit einem von dem Arbeitsmedium verschiedenen hydraulischen Medium gefüllt und steht über den Anschluß 58 und hydraulische Leitungen mit einem Anschluß 39a, 39b, 39c einer Ringkammer 38a, 38b, 38c in Verbindung. Wenn bei allen verwendeten Druckuntersetzern 50 der Durchmesser der Zylinderkammern 54 und der Kolben 53 gleich ist, wird der mit den Druckuntersetzern 50 erzeugte Druck in den ring­ förmigen Kammern 38a, 38b, 38c nur durch den nach Abzug des Kolbenstangenquerschnittes verbleibenden Restquer­ schnitts der Zylinderkammer 54 bestimmt. Der Druckunter­ setzer 50A mit dem kleinsten Kolbenstangenquerschnitt erzeugt also den höchsten Druck. Er ist an die ringförmige Kammer 38c angeschlossen.

Das hydraulische Medium in den Zylinderkammern 54 und den ringförmigen Kammern 38a, 38b, 38c ist bevorzugt ein Schmiermittel, z. B. ein Schmierfett, welches die Ringdich­ tungen 30a, 30b, 30c, 30d schmiert. Die Ringdichtungen bestehen aus einem elastomeren Material.

In den Fig. 6 und 7 ist ein Werkzeugkopf 40 gezeigt, der beispielsweise für den Antrieb mit Wasser als Arbeits­ medium vorgesehen ist. Die durch das Arbeitsmedium ange­ triebenen Hämmer 41 sind über Stützen 44 mit einer Monta­ geplatte 42 verbunden, die am unteren Ende des Verbin­ dungsgestänges 5 angebracht wird. Die an den Hämmern 41 angeordneten Werkzeuge 45 wirken nach unten auf die Sohle 10 des Erdlochs 9 (Fig. 2) und zertrümmern dort das Ge­ stein. Die jeweilige Angriffsstelle bewegt sich durch die Drehung des Werkzeugkopfes 40 in Umfangsrichtung fort. Durch die Anbringung der Werkzeuge 45 auf unterschiedli­ chen Radien kann der gesamte Bohrlochquerschnitt überstri­ chen werden. Zahl und Anordnung der Werkzeuge 45 können an den Durchmesser des Erdlochs 9 und das abzutragende Mate­ rial angepaßt werden. Die Hämmer 41 sind an ihren unteren Enden an einer kreisscheibenförmigen Führungsplatte 46 von einem dem Erdlochdurchmesser entsprechenden Durchmesser gehalten und geführt.

Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform. Einander funktionell entsprechende Teile sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Der Grundaufbau entspricht weitge­ hend dem der Fig. 1. Die dortige Beschreibung gilt inso­ weit auf für die vorliegende Ausführungsform. Der insge­ samt mit 103 bezeichnete Antriebsaufbau der Vorrichtung ist an einer Stützvorrichtung 102 befestigt, die auf einer insgesamt mit 101 bezeichneten Arbeitsplattform abgestützt ist. An einem Verbindungsgestänge 105, das sich durch die Arbeitsplattform 101 hindurch in das herzustellende Erd­ loch hinein und bis zum Werkzeug erstreckt, greift ein schematisch gezeigter Drehantriebskopf 104 ein. Der An­ trieb des Verbindungsgestänges 105 mittels des Drehan­ triebskopfes 104 kann auf herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise erfolgen.

Am oberen Ende des Verbindungsgestänges 105 ist ein mit 110 bezeichneter erster Anschlußkopf angeordnet, über den das am Grund des Erdlochs gelöste Material über das Auslaufrohr 121 nach außen abgeführt und eine Spülflüssig­ keit, meist Luft, mittels einer ersten Zuleitung 113 in das Verbindungsgestänge 105 eingeleitet wird. Unterhalb des ersten Anschlußkopfes 110 ist ein zweiter, insgesamt mit 120 bezeichneter Anschlußkopf angeordnet. Die Stütz­ vorrichtung 102 ist mittels Schwenkantrieben 106 um eine horizontale Achse A neigbar, so daß auch abweichend von der Vertikalen Erdlöcher gebohrt werden können.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann sich der zweite Anschlußkopf 120 als Ganzes mit dem Verbindungsgestänge 105 mitdrehen, und nur der erste Drehan­ schlußkopf 110 ist feststehend montiert. Der Drehantriebs­ kopf 104 ist so ausgeführt, daß er das Verbindungsgestänge 105 mitsamt dem zweiten Anschlußkopf 120 für das Antriebs­ medium der Hämmer im Werkzeug um einen vorbestimmten Win­ kel um die Rotationsachse des Gestänges 105 oszillierend hin und her dreht. Dieser überstrichene Winkel liegt un­ terhalb 360° und ist abhängig von der Anzahl und der Lage der auf gleichem Radius liegenden Hämmer 41 (Fig. 6 und 7) gewählt. Bei nur einem Hammer 41 pro Radius werden 360° benötigt, bei zwei um 180° zueinander versetzten Hämmern pro Radius leicht eine Hin- und Herdrehung von 180°.

Durch den begrenzten Drehwinkel ist es möglich, mit einer fest installierten, den Drehwinkel mitmachenden Zuleitung für das Antriebsmedium zu arbeiten, ohne daß es einer Drehdichtung bedarf. In dem gezeigten Ausführungs­ beispiel wird das Antriebsmedium mittels eines flexiblen Schlauches 115 in die zweite Zuführung 122 des Verbin­ dungsgestänges 105 eingeleitet. Der Schlauch 115 ist zwi­ schen der zweiten Zuleitung 123 und der zweiten Zuführung 122 montiert. Die Länge des Schlauches 115 wird so ge­ wählt, daß der Schlauch 115 der Drehung des Verbindungs­ gestänges 105 folgen kann, ohne diese zu behindern.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung eines Erdlochs (9)
mit einem oberhalb des herzustellenden Erdlochs (9) anzuordnenden Antriebsaufbau (3) mit einem feststehend an­ geordneten Drehantriebskopf (4),
mit einem hohlen Verbindungsgestänge (5), an dem der Drehantriebskopf (4) angreift und das durch den Drehan­ triebskopf hindurch in das Erdloch (9) absenkbar ist,
mit einem in dem Antriebsaufbau (3) feststehend an­ geordneten ersten Drehanschlußkopf (10), durch den dem oberen Ende des drehenden Verbindungsgestänges Spülflüs­ sigkeit zuleitbar ist, die durch eine entlang des Verbin­ dungsgestänges (5) sich erstreckende erste Zuführung (12) dem unteren Ende des Verbindungsgestänges (5) zuführbar ist,
mit einem im Antriebsaufbau (3) angeordneten zweiten Drehanschlußkopf (20), durch den dem oberen Ende des Ver­ bindungsgestänges (5) ein fluides Antriebsmedium unter hohem Druck zuleitbar ist, das durch eine entlang des Verbindungsgestänges sich erstreckende zweite Zuführung (22) dem unteren Ende des Verbindungsgestänges (5) zuführ­ bar ist, und der ein das Verbindungsgestänge (5) ringför­ mig umgebendes Gehäuse (24) mit einer mit der äußeren Zuleitung (23) für das fluide Antriebsmedium und mit dem oberen Ende der zweiten Zuführung (22) in Verbindung ste­ henden, in Achsrichtung nach beiden Seiten abgedichtete Übergangskammer (27) aufweist,
mit einem am unteren Ende des Verbindungsgestänges angeordneten, als Spülkopf ausgebildeten Werkzeugkopf (40), der mit dem Innern (8) des Verbindungsgestänges in Verbindung steht,
und mit mehreren an dem Werkzeugkopf angeordneten, nach unten arbeitenden, mit dem fluiden Antriebsmedium betriebenen Bohrhämmern (41),
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem zweiten Drehanschlußkopf (20) zu beiden Seiten der Übergangskammer (27) jeweils mehrere in Achs­ richtung gestaffelte, stufenweise hydraulisch entlastete Ringdichtungen (30a, 30b, 30c, 30d) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils an der der Übergangskammer (27) abgewandten Seite einer Ringdichtung (30b, 30c, 30d) eine ringförmige Kammer (38a, 38b, 38c) angeordnet ist, die einen Anschluß (39a, 39b, 39c) für die Zufuhr eines hydraulischen Druckmediums aufweist und mit einer die Ringdichtungen (30b, 30c, 30d) entlastenden Seite derselben in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Druckerzeuger Pumpen vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Druckerzeuger von dem Antriebsmedium beaufschlagte Druckuntersetzer (50) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckuntersetzer (50) Zylinder (56) umfassen, bei denen der Druck des Antriebsmediums der Kolbenstangenseite des Zylinders (56) zuführbar ist, und daß der auf der anderen Seite des Kolbens (53) durch des­ sen ganzen Querschnitt in dem Zylinderraum (54) erzeugte Druck entsprechend der Wirkflächenverringerung auf der Kolbenstangenseite verringert und jeweils einer zugehöri­ gen ringförmigen Kammer (38a, 38b, 38c) zuführbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeuger (50) an dem feststehenden Gehäuse (24) des zweiten Drehanschlagkopfes (20) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Entlastung der Ringdichtungen (30a, 30b, 30c, 30d) nach beiden Seiten der Übergangskammer (27) symmetrisch erfolgt.

8. Vorrichtung zur Herstellung eines Erdlochs
mit einem oberhalb des herzustellenden Erdlochs an­ zuordnenden Antriebsaufbau (103) mit einem feststehend angeordneten Drehantriebskopf (104),
mit einem hohlen Verbindungsgestänge (105), an dem der Drehantriebskopf (104) angreift und das durch den Drehantriebskopf (104) hindurch in das Erdloch (9) absenk­ bar ist,
mit einem in dem Antriebsaufbau feststehend angeord­ neten Drehanschlußkopf (110), durch den dem oberen Ende des drehenden Verbindungsgestänges (105) Spülflüssigkeit zuleitbar ist, die durch eine entlang des Verbindungsge­ stänges sich erstreckende erste Zuführung (112) dem unte­ ren Ende des Verbindungsgestänges zuführbar ist,
mit einem im Antriebsaufbau angeordneten Anschlußkopf (120), durch den dem oberen Ende des Verbindungsgestänges (105) ein fluides Antriebsmedium unter hohem Druck zuleit­ bar ist, das durch eine entlang des Verbindungsgestänges (105) sich erstreckende zweite Zuführung (122) dem unteren Ende des Verbindungsgestänges (105) zuführbar ist,
mit einem am unteren Ende des Verbindungsgestänges (105) angeordneten, als Spülkopf ausgebildeten Werkzeug­ kopf (40), der mit dem Innern des Verbindungsgestänges (105) in Verbindung steht,
und mit mehreren an dem Werkzeugkopf (40) angeord­ neten, nach unten arbeitenden, mit dem fluiden Antriebs­ medium betriebenen Bohrhämmern (41),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehantriebskopf (104) das Verbindungsgestän­ ge (105) drehrichtungsalternierend um einen unter 360° pro Richtung gelegenen Drehwinkel antreibt und das Arbeits­ medium der zweiten Zuführung (122) über eine fest instal­ lierte Verbindung zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Anschlußkopf (120) mitdrehbar auf dem Verbindungsgestänge (105) angeordnet ist und die Ver­ bindung die Drehung zuläßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung mindestens einen Schlauch (115) umfaßt.