DE19616751A1 - Überlagerungsbohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlagerungsbohrvorrich­ tung mit Innengestänge und Außengestänge, wobei das Innengestänge einen Tieflochhammer enthält und durch eine Dämpfungsvorrichtung von dem Außengestänge entkop­ pelt ist.

Beim Überlagerungsbohren wird mit einem Außengestänge und einem darin verlaufenden Innengestänge gearbeitet. Normalerweise sind beide Gestänge durch ein Kopfstück miteinander verbunden. Eine Drehschlagvorrichtung dreht das Kopfstück und übt über das Kopfstück sowohl auf das Außengestänge als auch auf das Innengestänge auf.

Es gibt Bohraufgaben, bei denen die Schläge eines Außenhammers durch das Außengestänge stark gedämpft werden und nur mit unzureichender Energie an der Bohr­ krone ankommen. Daher sind Überlagerungsbohrvorrich­ tungen entwickelt worden, bei denen das Außengestänge von einem Außenhammer beaufschlagt wird, während das Innengestänge einen Tieflochhammer enthält. Hierbei ein großer Teil der Bohrarbeit von dem Tieflochhammer durchgeführt, der Schläge auf eine Zentralbohrkrone ausübt, während das mit einer Ringbohrkrone versehene Außengestänge lediglich schlagend und drehend nachge­ schoben wird.

Aus WO 93/09328 ist eine Überlagerungsbohrvorrichtung bekannt, die ein Außengestänge aufweist, das von einem Außenhammer beaufschlagt wird und ein Innengestänge, das einen Tieflochhammer enthält. Das Innengestänge ist durch ein Dämpfungselement von den Schlägen des Außen­ hammers entkoppelt, um Beschädigungen des Tieflochham­ mers durch die Schläge des Außenhammers zu vermeiden. Das Dämpfungselement kann aus einer elastischen Scheibe oder einem hydraulischen oder pneumatischen Dämpfungs­ organ bestehen, welches auch wie ein Stoßdämpfer ausge­ bildet sein kann. Bei der Verwendung eines entsprechen­ den Dämpfungszylinders können sehr starke Schlagkräfte gedämpft und absorbiert werden. Durch die Einstellung der Dämpfungswirkung kann eine einfache Anpassung der Einrichtung an die momentanen Erfordernisse vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Über­ lagerungsbohrvorrichtung mit Tieflochhammer und Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, wobei die Dämpfungs­ vorrichtung unterschiedliche Betriebsarten der Bohrvor­ richtung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Überlagerungsbohrvorrichtung besteht die Dämpfungsvorrichtung aus einem Gasdruck­ speicher, der eine Gaskammer und eine Hydraulikkammer enthält, und einem dem Druck des Gasdruckspeichers aus­ gesetzten Hydraulikkolben, der mit dem Innengestänge verbunden ist. Der Gasdruckspeicher ist somit ein Zwei­ kammerspeicher, der mit seinem Hydraulikteil unmittel­ bar auf einen mit dem Innengestänge verbundenen Hydrau­ likkolben einwirkt. Durch geeignete Bemessung der Flüs­ sigkeitsmenge, die in die Hydraulikkammer eingeleitet wird, kann die Vorschubstellung des Innengestänges in Bezug auf das Außengestänge verändert, bzw. eingestellt werden. Damit können auch die an den Enden der Gestänge vorgesehenen Bohrkronen in der beabsichtigten Weise aufeinander eingestellt werden, indem beispielsweise eine Kernbohrkrone, die am Innengestänge befestigt ist, in eine am Außengestänge befestigte Ringbohrkrone ein­ gezogen oder aus dieser heraus vorgeschoben wird. Die Bemessung der Menge der Hydraulikflüssigkeit, die der Hydraulikkammer des Gasdruckspeichers zugeführt wird, erlaubt es somit, die Einstellung der beiden Bohrkronen relativ zueinander vorzugeben, und zwar sowohl im unbe­ lasteten Zustand als auch in dem durch die Vorschub­ kraft belasteten Zustand.

Darüberhinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit durch Veränderung des der Gaskammer zugeführten Gasvo­ lumens die Vorspannkraft zu verändern und somit gewis­ sermaßen die Federkonstante der Gasfeder. Wesentlich ist jedoch, daß durch Beeinflussung der dem Gasdruck­ speicher ausgesetzten Flüssigkeitsmenge die Betriebsart der Bohrkronen variiert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Gasdruckspeicher und der Hydraulikkolben in einem Kopfstück enthalten, das Bestandteil des Außenge­ stänges ist. In diesem Kopfstück ist der Hydraulikkol­ ben mit dem an ihm befestigten Innengestänge in Längs­ richtung verschiebbar, jedoch unverdrehbar. Dadurch werden Drehbewegungen von Kopfstück und Außengestänge auch auf das Innengestänge übertragen.

Der Gasdruckspeicher kann als Membranspeicher oder als Kolbenspeicher ausgebildet sein. Im Falle eines Mem­ branspeichers hat der Gasdruckspeicher vorzugsweise eine durchlässige Haube und der Hydraulikkolben ist mit einer der Haube angepaßten Kolbenfläche versehen. Die Kolbenfläche umschließt somit die domförmige Haube, wenn der Hydraulikkolben sich in der Rückzugslage be­ findet.

Das Kopfstück kann einen mitdrehenden verschließbaren Anschluß für die Gaskammer und/oder die Hydraulikkammer aufweisen. In diesem Fall ist eine Veränderung der Be­ triebsbedingungen jeweils nur bei Stillstand des Kopf­ stücks möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an dem Kopfstück ein Drehring vorge­ sehen, der einen nicht-mitdrehenden Anschluß für die Hydraulikkammer aufweist. Hierbei besteht die Möglich­ keit, während des Betriebes die Menge des Hydraulik­ mediums und damit auch die Vorschubstellung des Innen­ gestänges im Außengestänge zu verändern.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Überlagerungsbohrvorrichtung. Bei diesem Verfahren werden zunächst aus Außengestänge und Innengestänge mit einer ausgewählten Vorschubkraft gegen den Boden ge­ drückt. Dann wird der Gasdruckspeicher zunächst ohne Gas nur mit Flüssigkeit gefüllt und schließlich wird Gas in die Gasdruckkammer eingedrückt, bis das Außenge­ stänge um den für diese Vorschubkraft vorgesehenen Überstand des Innenrohres zurückweicht. Auf diese Weise kann der Überstand bei einer bestimmten Vorschubkraft exakt voreingestellt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der Bohrvor­ richtung bei geringer Füllung mit Hydraulik­ flüssigkeit, und

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 mit großer Hydrau­ likfüllung.

Die Bohrvorrichtung weist ein Außengestänge 10 und ein Innengestänge 11 auf, die jeweils aus Rohren bestehen, wobei das Innengestänge 11 koaxial im Außengestänge 10 verläuft. Das rückwärtige Ende des Außengestänges 10 ist an ein Kopfstück 12 angeschraubt, welches ein star­ res im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 13 aufweist. Das rückwärtige Ende des Gehäuses 13 ist mit einer Auf­ nahme 14 versehen, in die das Einsteckende eines (nicht dargestellten) Drehschlagmotors eingeschraubt wird. Der Drehschlagmotor übt axial gerichtete Schläge auf das Gehäuse 13 aus und dreht dieses. Dadurch wird das Außengestänge 10 drehend und schlagend beaufschlagt.

In dem Kopfstück 13 ist ein Hydraulikkolben 15 ange­ ordnet, der sich in einem axialen Zylinder 16 des Kopf­ stücks bewegt. Der Hydraulikkolben 15 ist mit einem Schaft 17 versehen, an dessen Ende ein Innengewinde 18 zum Einschrauben des Innengestänges 11 vorgesehen ist. Im Zuge des Innengestänges 18 ist ein pneumatischer Tieflochhammer 19 angeordnet, der Schläge auf eine Zen­ tralbohrkrone 20 ausübt, welche mit dem vorderen Ende des Innengestänges verbunden ist. Die Zentralbohrkrone 20 ist von einer am vorderen Ende des Außengestänges 10 vorgesehenen Ringbohrkrone 21 umgeben.

Die Versorgung des Tieflochhammers 19 mit Druckluft erfolgt durch einen Drehkopf 22, der das Kopfstück 12 umgibt, jedoch nicht mit diesem mitdreht. Der Drehkopf 22 weist einen Anschluß 23 auf, durch den Druckluft zugeführt wird. Diese Druckluft gelangt durch eine Boh­ rung 24 in das Innere des Gehäuses 13 und durch eine weitere Bohrung 25 in das Innere der Kolbenstange 17. Hier befindet sich eine axiale Sackbohrung 26, die mit dem Innengestänge 11 in Verbindung steht. Die dem An­ schluß 23 zugeführte Druckluft gelangt durch das Innen­ gestänge 11 zum Tieflochhammer 19, um diesen anzu­ treiben. Die Abluft des Tieflochhammers 19 wird als Spülluft zum Rückspülen des Bohrgutes benutzt. Sie strömt in dem Ringraum zwischen Innengestänge 11 und Außengestänge 10 zurück und wird aus einem Auswurfstück 27 des Außengestänges, das mit entsprechenden Löchern 28 versehen ist, ausgeworfen.

Während des Betriebes bildet das Kopfstück 12 mit dem Außengestänge 10 eine starre Einheit, die um ihre Längsachse gedreht wird, wobei ein Außenhammer Schläge auf das rückwärtige Ende der Einheit ausübt. Die Dreh­ bewegung des Kopfstücks 12 wird durch eine im Innern des Kopfstücks enthaltene Drehmitnahme 30 auf die Kol­ benstange 17 übertragen, die ihrerseits mit dem Innen­ gestänge 11 fest verbunden ist. Die Drehmitnahme 30 ist ein Mehrkantprofil, das mit einem Mehrkantprofil 31 der Kolbenstange 17 zusammengreift, so daß die Kolbenstange 17 in Längsrichtung verschoben werden kann.

Damit die Schläge nicht vom Gehäuse 13 auf den Kolben 15 übertragen werden, ist im Gehäuse 13 ein Gasdruck­ speicher 32 vorgesehen. Dieser weist eine Gaskammer 33 und eine Hydraulikkammer 34 auf, welche durch eine fle­ xible Membran 35 voneinander getrennt sind. Die Gaskam­ mer 33 ist mit einem außen am Gehäuse 13 vorgesehenen Anschluß 36 verbunden, so daß sie über eine Querbohrung 37 befüllt werden kann. Die Hydraulikkammer 34 ist von einer kuppelförmigen Haube 38 begrenzt, die Durchgangs­ bohrungen 39 aufweist und somit für Flüssigkeit durch­ lässig ist. Die Kolbenfläche 15a des Kolbens 15 hat die Form einer Ausnehmung, in die die Haube 38 hineinpaßt. Der die Haube 38 umgebende Raum 40 ist über eine Boh­ rung 41 mit einem Anschluß 42 verbunden, durch den der Raum 40 und die Hydraulikkammer 34 mit Hydrauliköl ge­ füllt werden kann.

Anstelle des gehäusefesten Anschlusses 42, der mit dem Gehäuse 13 rotiert, kann ein das Gehäuse umgebender Drehring 43 vorgesehen sein, der drehfest gehalten wird, während sich das Gehäuse 13 in ihm dreht. Dieser Drehring 43 hat einen Anschluß 44 für die Hydraulik­ flüssigkeit.

Der in Fig. 1 dargestellte Zustand, bei dem der Kolben 15 an der Haube 38 anliegt, während die Membran 35 sich in einer Mittelstellung befindet, tritt beim Betrieb der Bohrvorrichtung nicht auf. Dieser Zustand wurde nur zur Erläuterung der Vorrichtung dargestellt. Beim Be­ trieb enthält die Vorrichtung dagegen in dem Raum 40 mehr Öl, so daß der Kolben 15 sich im Abstand von der Haube 38 befindet. Dieser Abstand kann durch Zugeben von mehr oder weniger Öl zum Anschluß 42 (oder 44) ver­ ändert werden, wobei sich zugleich auch der Überstand der Zentralbohrkrone 20 über die Ringbohrkrone 21 ver­ ändert.

In Fig. 2 ist der Kolben 15 in seiner vorderen Endposi­ tion dargestellt, wobei der ölgefüllte Raum 40 sein maximales Volumen einnimmt. Hierbei ist die Zentral­ bohrkrone 20 weit über die Ringbohrkrone 21 hinaus vor­ geschoben. Auf diese Weise kann durch Wahl der Flüssig­ keitsmenge, die dem Raum 40 zugeführt wird, der Über­ stand der Zentralbohrkrone 20 über die Ringbohrkrone 21 verändert werden. Gleichzeitig bleibt das Dämpfungsver­ halten des Gasdruckspeichers 32 erhalten.

Zum Betrieb der Vorrichtung und zum Einstellen der dem Raum 40 zugeführten Flüssigkeitsmenge werden die beiden Bohrkronen 20 und 21 mit einer ausgewählten Vorschub­ kraft gegen den Boden gedrückt, während die Gaskammer 33 des Gasdruckspeichers 32 zunächst leer bzw. belüftet ist. Dann wird die Flüssigkeitskammer 34 über den An­ schluß 42 (oder 44) mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck gefüllt, wobei das Außengestänge 10 entgegen der Vorschubkraft zurückgedrängt wird, während die Zentral­ bohrkrone 20 sich weiter abstützt. Wenn der gewünschte Überstand der Zentralbohrkrone über die Ringbohrkrone erreicht ist, wird der Anschluß 42 abgesperrt. Dann wird Gas unter Druck in die Gaskammer 33 des Gasdruck­ speichers 32 eingeleitet, so daß dieser seine Gasfeder­ eigenschaft erhält. Dabei nimmt die Membran 35 ihre vordere Endstellung oder eine Zwischenstellung ein.

Während des Betriebes der Bohrvorrichtung kann die Flüssigkeitsfüllung verändert werden, um die Bohrver­ hältnisse entsprechend den Bodeneigenschaften zu verän­ dern. Bei einem Überstand der Zentralbohrkrone 20, wie in Fig. 2, wird die eigentliche Bohrarbeit von der Zen­ tralbohrkrone 20 ausgeführt, während das Außengestänge lediglich schlagend nachgeschoben wird. Dagegen nimmt bei zurückgezogener Zentralbohrkrone 20 das Außenge­ stänge 10 wesentlich am Bohrvorgang teil.

Claims (8)

1. Überlagerungsbohrvorrichtung mit einem Außenge­ stänge (10), das mit einem Bohrhammer verbindbar ist, und einem Innengestänge (11), das einen Tief­ lochhammer (19) enthält und durch eine Dämpfungs­ vorrichtung von dem Außengestänge (10) entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung einen Gasdruck­ speicher (32), der eine Gaskammer (33) und eine Hydraulikkammer (34) enthält, und einen dem Druck des Gasdruckspeichers ausgesetzten Hydraulikkolben (15) aufweist, der mit dem Innengestänge (11) ver­ bunden ist.

2. Überlagerungsbohrvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gasdruckspeicher (32) und der Hydraulikkolben (15) in einem Kopf­ stück (12) enthalten sind, dessen Gehäuse (13) Be­ standteil des Außengestänges (10) ist.

3. Überlagerungsbohrvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (12) eine an dem Hydraulikkolben (15) angreifende Drehmit­ nahme (30) enthält.

4. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruckspeicher (32) eine durchlässige Haube (38) und der Hydraulikkolben (15) eine der Haube (38) angepaßte Kolbenfläche (15a) aufweist.

5. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (12) einen verschließbaren Anschluß (36, 42) für die Gaskammer (33) und/oder die Hy­ draulikkammer (34) aufweist.

6. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (12) mit einem Drehring (43) versehen ist, der einen nicht-mitdrehenden Anschluß (44) für die Hydraulikkammer (34) aufweist.

7. Überlagerungsbohrvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei zurückgezogenem Innengestänge (11) Bohrkronen (20, 21) am Außengestänge (10) und am Innengestänge (11) etwa zueinander bündig angeordnet sind.

8. Verfahren zum Einstellen einer Überlagerungs­ bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengestänge (10) und das Innengestänge (11) mit einer ausgewählten Vorschubkraft gegen den Boden gedrückt werden, daß der Gasdruckspeicher (32) zunächst ohne Gas nur mit Flüssigkeit gefüllt wird, bis das Außenge­ stänge (10) um den für die Vorschubkraft vorge­ sehenen Überstand des Innenrohres (11) zurück­ weicht, und daß danach Gas in die Gaskammer (33) gedrückt wird.