DE19704263C1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für Erd- oder Gesteinsbohrungen, mit einem Außengestänge und einem durch das Außengestänge hindurchführenden Innen­ gestänge, die beide gegenläufig drehend angetrieben sind.

Bekannt sind Bohrvorrichtungen für das Überlagerungs­ bohren (DE 29 24 393 A1), die zwei koaxial ineinander angeordnete Gestänge aufweisen, wobei das Innengestänge eine Bohrkrone trägt und den Hauptteil der Bohrarbeit ausführt, während das Außengestänge hauptsächlich die Funktion eines Stützrohres hat. Auch Schnecken-Bohrvor­ richtungen, mit denen Bohrlöcher von großem Durchmesser gebohrt werden können, haben ein Innengestänge und ein Außengestänge, wobei das Außengestänge als Bohrschnecke ausgebildet ist, die das Bohrgut zutagefördert, während das Innengestänge mit einer Bohrkrone versehen ist, die das Bohrgut an der Bohrlochsohle ablöst.

Die bekannten Bohrvorrichtungen mit Innengestänge und Außengestänge benötigen zwei Drehantriebe, nämlich für jedes Gestänge einen separaten Drehantrieb. Jeder Dreh­ antrieb muß so ausgelegt sein, daß er die maximal mög­ liche Leistung bewältigt, die dem betreffenden Gestänge abverlangt wird. Dies führt dazu, daß zwei großvolumige und aufwendige Drehantriebe eingesetzt werden.

Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von einer Bohrvorrichtung, wie sie aus US 3 565 190 bekannt ist. Bei dieser bekannten Bohrvorrichtung ist ein ein­ ziger Drehantrieb vorgesehen, der über ein Getriebe das mit einer Bohrschnecke versehene Innengestänge in der einen Drehrichtung und das Außengestänge in der anderen Drehrichtung antreibt. Das Getriebe enthält für jedes der beiden Gestänge einen aus Zahnrädern bestehenden eigenen Getriebezug, wobei beide Getriebezüge von der Abtriebswelle des Drehantriebes angetrieben sind. Hier­ bei erfordert das Getriebe einen erheblichen Aufwand, insbesondere wenn an Außengestänge und Innengestänge hohe Drehmomente aufgebracht werden sollen. Ferner wird durch das zweizügige Getriebe das Innengestänge in Bezug auf das Außengestänge in axialer Richtung fixiert, so daß es nicht möglich ist, beide Gestänge relativ zueinander zu verschieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvor­ richtung zu schaffen, bei dem die Antriebsenergie eines einzigen Drehantriebes auf zwei Gestänge verteilt wird und bei der der bauliche Aufwand verringert ist.

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

Bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung ist ein Dreh­ antrieb vorhanden, der sowohl das Innengestänge als auch das Außengestänge antreibt. Die Antriebsenergie dieses Drehantriebes wird auf eines der Gestänge direkt und auf das andere Gestänge über ein Getriebe über­ tragen. Beide Gestänge werden gegenläufig zueinander angetrieben. Für den Antrieb des Doppelgestänges aus Innengestänge und Außengestänge ist prinzipiell nur ein einziger Drehantrieb erforderlich. Dieser Drehantrieb kann aus einem einzigen Motor oder auch aus mehreren auf die gleiche Eingangswelle wirkenden Drehmotoren bestehen. Bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung wird ein Getriebe mit nur einem einzigen Getriebezug benötigt, wobei vorzugsweise über das Getriebe das Außengestänge angetrieben wird, während das Innenge­ stänge direkt mit der Ausgangswelle des Drehantriebs gekoppelt wird. Das Getriebe kann daher selbst für große Drehmomente relativ kleinformatig ausgebildet werden. Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit, das Innengestänge relativ zum Außengestänge axial zu ver­ schieben.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung be­ steht darin, daß die Drehwiderstände von Außengestänge und Innengestänge sich addieren, und daß die Gesamtbe­ lastung grundsätzlich von einem einzigen Drehantrieb übernommen wird. Wenn der Drehwiderstand des Außenge­ stänges groß ist, derjenige des Innengestänges jedoch klein, kann die gesamte Kraft des Drehantriebs auf das Außengestänge übertragen werden. Dies kann beispiels­ weise dadurch entstehen, daß das Innengestänge in das Außengestänge eingezogen wird und in dieser Phase keine Bohrarbeit verrichtet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung trägt die Eingangswelle ein Kupplungselement, das durch axiales Verschieben in Eingriff mit einem Kupplungsele­ ment des Getriebes gelangt, um dadurch die zweite Aus­ gangswelle zu drehen. Hierbei läuft die Eingangswelle des Getriebes gewissermaßen durch das Getriebe hin­ durch, so daß die erste Ausgangswelle, die das Innenge­ stänge treibt, mit der gleichen Drehzahl rotiert wie die Welle des Drehantriebes. Dagegen wird durch das Getriebe, bei dem es sich um ein Untersetzungsgetriebe handelt, die Drehzahl der zweiten Ausgangswelle in bezug auf die Eingangswelle verringert. Das Außenge­ stänge dreht sich also mit geringerer Drehzahl als das Innengestänge, was zweckmäßig ist, weil das Außenge­ stänge einer hohen Reibung an der Bohrlochwand ausge­ setzt ist, während das Innengestänge im wesentlichen nur an der Bohrlochsohle belastet wird.

Das Innengestänge, das keinem wesentlichen Reibungswi­ derstand ausgesetzt ist, wird in relativ schnelle Dre­ hung versetzt, um mit der an ihm befestigten Bohrkrone einen schnellen Bohrvorschub zu erreichen.

Obwohl Innen- und Außengestänge von einem einzigen ge­ meinsamen Drehantrieb angetrieben werden, kann es zweckmäßig sein, einen zusätzlichen Drehantrieb vorzu­ sehen, der ausschließlich mit dem Außengestänge gekop­ pelt ist. In diesem Fall unterstützt der erste Drehan­ trieb über das Getriebe das Außengestänge, das an sich von dem separaten zweiten Drehantrieb angetrieben wird. Wenn die Belastung des Außengestänges so groß ist, daß das von dem zweiten Drehantrieb aufgebrachte Antriebs­ moment nicht ausreicht, kann der eigentlich für das Innengestänge vorgesehene erste Drehantrieb zugeschal­ tet werden, so daß dieser Drehantrieb dann nicht nur das Innengestänge antreibt, sondern auch einen Teil der Antriebsenergie für das Außengestänge übernimmt. Ande­ rerseits ist eine Betriebsart möglich, bei der im Nor­ malbetrieb beide Gestänge von demselben ersten Drehan­ trieb angetrieben werden und bei dem der nur auf das Außengestänge wirkende zweite Drehantrieb nur dann zu­ geschaltet wird, wenn die Bohrlast die Kapazität des ersten Drehantriebs übersteigt. In jedem Fall wird durch die Kopplung von Außengestänge und Innengestänge über das Getriebe erreicht, daß die gesamte aufgebrach­ te Drehenergie auf beide Gestänge verteilt wird. Es kann also nicht vorkommen, daß das eine Gestänge bloc­ kiert, während das andere Gestänge rotiert, ohne daß seine Antriebskapazität ausgeschöpft wäre. In jedem Fall wird der Großteil der Antriebsenergie auf dasjeni­ ge Gestänge übertragen, an dem (unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Drehzahlen) der größte Bohrwider­ stand herrscht.

Die Erfindung bewirkt durch das Getriebe eine gegensei­ tige rotatorische Kopplung von Innengestänge und Außen­ gestänge, wobei die verfügbare Antriebsenergie vornehm­ lich auf dasjenige Gestänge geleitet wird, an dem in­ folge des Drehwiderstandes der größere Energieanteil benötigt wird.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Pfahlbohrvorrichtung, teilweise geschnitten, vor Beginn des Bohrvor­ ganges,

Fig. 2 eine detaillierte Seitenansicht der Dreh- Antriebsvorrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Getriebe,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3 und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Bohrvorrich­ tung.

Die in Fig. 1 dargestellte Bohrvorrichtung weist eine langgestreckte Lafette 10 auf, die an einem Fahrzeug, z. B. einem Raupenfahrzeug, angebracht ist. Die Lafette 10 besteht aus einem Führungsbalken, der mit einem Ende auf dem Boden 11 abgestützt werden kann und senkrecht oder unter einem vorgegebenen Winkel vom Boden 11 auf­ ragt. Längs der Lafette 10 ist ein Schlitten 12 ver­ fahrbar, der durch einen Ketten- oder Seilzug 13 von einem (nicht dargestellten) Motor angetrieben wird. Der Seilzug 13 kann den Schlitten 12 in jeder der beiden Richtungen entlang der Lafette 10 antreiben, also so­ wohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung.

Der Schlitten 12 trägt einen ersten Drehantrieb 14 und einen zweiten Drehantrieb 15, die auf dem Schlitten hintereinander angeordnet sind. Der erste Drehantrieb 14 weist eine Abtriebswelle 16 auf, die mit einem In­ nengestänge 17 verbunden ist. Das Innengestänge 17 ver­ läuft koaxial in einem Außengestänge 18. Das Außenge­ stänge 18 ist mit der Abtriebswelle 19 (Fig. 2) des zweiten Drehantriebes 15 verbunden. Das Außengestänge 18 ist Bestandteil der Bohrschnecke 20. Es ist von ei­ ner schraubenförmigen Wendel 21 umgeben. Die beiden Gestänge 17, 18 sind Hohlrohre. An dem vorderen Ende des Innengestänges 17 befindet sich eine Innenbohrkrone 22 und an dem vorderen Ende des Außengestänges 18 befindet sich eine die Innenbohrkrone umgebende Ringbohrkrone 23.

An das rückwärtige Ende der mit dem Innengestänge 17 verbundenen Abtriebswelle 16 ist ein Drehkopf ange­ schlossen, der mit einer Zuführvorrichtung 24 für ein Spülmedium oder für flüssige Betonmasse verbunden ist.

Der zweite Drehantrieb 15 ist auf dem Schlitten 12 fest angebracht, während der erste Drehantrieb 14 in Längs­ richtung des Schlittens 12 verschiebbar geführt ist. Zwischen den beiden Drehantrieben 14, 15 erstreckt sich eine Verschiebevorrichtung 25 in Form eines Hydraulik­ zylinders, um den ersten Drehantrieb 14 in Längsrich­ tung verschieben zu können. Gemäß Fig. 2 ist zwischen dem ersten Drehantrieb 14 und dem zweiten Drehantrieb 15 ein Getriebe 26 vorgesehen, dessen Getriebegehäuse mit dem Gehäuse des zweiten Drehantriebes 15 fest ver­ bunden ist. Die Abtriebswelle 16 des Drehantriebs 14 bildet die Eingangswelle des Getriebes 26. Das Getriebe 26 hat eine erste Ausgangswelle 27 und eine zweite Aus­ gangswelle 28. Die zweite Ausgangswelle 28 umgibt die erste Ausgangswelle 27 koaxial und sie ist mit der Wel­ le 19 des zweiten Drehantriebes 15 fest verbunden. Aus der Abtriebswelle 19 des zweiten Drehantriebes 15 ragt das vordere Ende 27a der ersten Ausgangswelle 27 her­ aus. An dieses Ende 27a wird das Innengestänge 17 ange­ schraubt.

An der Abtriebswelle 16 befindet sich ein Kupplungsele­ ment 29 in Form eines Sechskants. Wenn der erste Dreh­ antrieb 14 gemäß Fig. 2 von der Verschiebevorrichtung 25 zurückgeschoben wird, gelangt das Kupplungselement 29 aus dem Gehäuse des Getriebes 26 heraus, wodurch der Antrieb der zweiten Ausgangswelle 28 unterbrochen ist. Wird die Verschiebevorrichtung 25 betätigt, um den er­ sten Drehantrieb 14 in Richtung auf den zweiten Dreh­ antrieb 15 zu verschieben, so gelangt das Kupplungsele­ ment 29 in Eingriff mit einem Kupplungselement 30 (Fig. 3), das als Sechskantöffnung ausgebildet ist. Dadurch wird der Kraftfluß von der Eingangswelle zu der zweiten Ausgangswelle 28 des Getriebes 26 hergestellt.

Das Getriebe 26 weist ein Gehäuse 31 auf, das über eine Abstützung 32 fest mit dem Gehäuse des zweiten Drehan­ triebs 15 verbunden ist. Im Innern des Gehäuses 31 be­ findet sich ein Planetenradgetriebe mit einem zentralen Sonnenrad 33, auf dessen Außenverzahnung Planetenräder 34 abrollen. In dem Sonnenrad 33 ist das Kupplungsele­ ment 30 als Sechskantbohrung ausgebildet. Die Planeten­ räder 34 sind an einem drehfest gehaltenen Planetenrad­ käfig 35 gelagert und sie rollen an der Innenverzahnung eines Ringrades 36 ab. Dieses Ringrad 36 ist mit einem ringförmigen Ansatz 36a versehen, welcher über eine Keilverbindung 37 mit der zweiten Ausgangswelle 28 in Eingriff steht. Die erste Ausgangswelle 27 erstreckt sich als Verlängerung der Eingangswelle durch das Getriebe 26 hindurch. Die zweite Ausgangswelle 28 um­ gibt die erste Ausgangswelle 27 und sie wird mit einer Drehzahl angetrieben, die um das Untersetzungsverhält­ nis des Getriebes 26 verringert ist. Die zweite Aus­ gangswelle 28 dreht somit langsamer als die erste Aus­ gangswelle 27. Ferner dreht die zweite Ausgangswelle 28 in Gegenrichtung zur ersten Ausgangswelle 27.

Der zweite Drehantrieb 15 enthält einen angetriebenen Drehkranz, durch den die zweite Ausgangswelle 28 hin­ durchgeht und der mit dieser Ausgangswelle in Eingriff ist. Auf diese Weise treibt der zweite Drehantrieb 15 das Außengestänge 18 zusätzlich an. Der zweite Drehan­ trieb 15 dreht in Gegenrichtung zu dem ersten Drehan­ trieb 14. Normalerweise dreht der erste Drehantrieb 14 in Linksdrehung und der zweite Drehantrieb 15 dreht in Rechtsdrehung.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Betriebsart, bei der das Kupplungselement 29 aus dem Getriebe 26 herausbe­ wegt ist, dreht der erste Drehantrieb 14 nur das Innen­ gestänge 17 und der zweite Drehantrieb 15 dreht nur das Außengestänge 18. Wenn das Außengestänge 18 blockiert, weil die Kraft des Drehantriebs 15 nicht mehr aus­ reicht, wird die Verschiebevorrichtung 25 betätigt, um den Drehantrieb 14 vorzuschieben und das Kupplungsele­ ment 29 in das Getriebe 26 einzufahren. In diesem Zu­ stand unterstützt der erste Drehantrieb 14 die Drehung des Außengestänges 18.

Alternativ besteht die Möglichkeit, bei Normalbetrieb nur den ersten Drehantrieb 14 einzuschalten und den Drehantrieb 15 auszuschalten. In diesem Fall treibt der Drehantrieb 14 das Innengestänge und das Außengestänge in unterschiedlichen Drehrichtungen und mit unter­ schiedlichen Drehgeschwindigkeiten an, beispielsweise das Innengestänge mit 90 Umdrehungen pro Minute und das Außengestänge mit 30 Umdrehungen pro Minute.

Da beide Gestänge gegenläufig zueinander rotieren, he­ ben sich die Reaktionsmomente der Drehantriebe 14, 15 teilweise auf. Die Gehäuse dieser Drehantriebe sind mit dem Schlitten 25 verbunden. Die auf die Gehäuse wirken­ den Reaktionsmomente werden in den Schlitten 25 einge­ leitet. Auf die Lafette 10 wirkt nur die Differenz der beiden Reaktionsmomente. Auf diese Weise wird verhin­ dert, daß die Lafette 10 bei hohem Bohrwiderstand um die Achse des Bohrgestänges geschwenkt wird. Auch die Verwindungsbelastungen der Lafette 10 werden verrin­ gert.

Die Drehantriebe 14, 15 sind Hydraulikmotore, jedoch können auch andere Motore, z. B. Elektromotore, einge­ setzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist nur ein ein­ ziger Drehantrieb 14 vorgesehen, dessen Abtriebswelle mit der Eingangswelle des Getriebes 26 verbunden ist. Das Gehäuse des Getriebes 26 ist über eine Ab­ stützvorrichtung 40 an dem Schlitten 25 befestigt, so daß es gegen Drehung gesichert ist und das Reaktions­ drehmoment auf den Schlitten 25 abgeleitet wird. Die erste Ausgangswelle 27 des Getriebes 26 ist mit dem Innengestänge 17 verbunden und die zweite Ausgangswelle 28 ist mit dem Außengestänge 18 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel dreht der einzige Drehantrieb 14 sowohl das Innengestänge als auch das Außengestänge.

Ferner besteht die Möglichkeit, den Drehantrieb 14 von Fig. 2 fortzulassen und mit dem Drehantrieb 15 einer­ seits das Außengestänge und über das Getriebe 26 auch das Innengestänge anzutreiben. In diesem Fall arbeitet das Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis, das grö­ ßer ist als "1".

Claims (9)

1. Bohrvorrichtung mit einem Innengestänge (17) und einem dazu koaxialen Außengestänge (18) und mit einer Antriebsvorrichtung zum gemeinsamen Drehen des Innengestänges (17) in einer ersten Drehrich­ tung und des Außengestänges (18) in einer zur er­ sten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Dreh­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebsvorrichtung einen Drehantrieb (14) aufweist, dessen Abtriebswelle (16) eines der Gestänge (17, 18) direkt und das andere Gestänge über ein Getriebe (26) antreibt.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingangswelle (17) des Getriebes (26) ein Kupplungselement (29) trägt, das durch axiales Verschieben in Eingriff mit einem Kupp­ lungselement (30) des Getriebes (26) gelangt.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (27) des Drehantriebes (14) koaxial durch die Ausgangswelle (28) des Getriebes (26) hindurchführt.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (26) ein Gehäuse (31) aufweist, welches verdrehungssicher abgestützt ist.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Drehan­ trieb (15) vorgesehen ist, der an der Ausgangswel­ le (28) des Getriebes (26) angreift und deren Dre­ hung unterstützt.

6. Bohrvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Verschiebevorrich­ tung (25) vorgesehen ist, die den Abstand des er­ sten Drehantriebs (14) von dem zweiten Drehantrieb (15) verändert und dadurch das Kupplungselement (29) der Eingangswelle (17) in und außer Eingriff mit dem Getriebe (26) bringt.

7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Außengestänge (18) Bestandteil einer Bohrschnecke (20) ist.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Innengestänge (17) und das Außengestänge (18) jeweils eine eigene Bohrkrone (22, 23) aufweist.

9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (26) ein Planetenradgetriebe ist.