DE19857479C1 - Pneumatische Schlagdämfungsvorrichtung für ein Bohrgestänge - Google Patents

Abstract

Die pneumatische Schlagdämpfungsvorrichtung weist ein erstes Anschlußstück (10) auf, das mit dem rückwärtigen Teil eines Bohrgestänges verbunden wird, und ein zweites Anschlußteil (12), das mit dem vorderen Teil des Bohrgestänges verbunden wird. Beide Anschlußteile begrenzen einen pneumatischen Zylinderraum (18), durch den eine Buchse (21) hindurchgeht. Die Buchse (21) enthält einen Durchlaß (29), der beim Aufbringen einer axialen Vorschubkraft auf das Bohrgestänge in eine Dichtung (27) eintaucht und von dieser verschlossen wird. Dadurch wird Druckluft in dem Zylinderraum (18) eingeschlossen und komprimiert. Hierdurch werden Schläge, die von einem Tieflochhammer auf das vordere Anschlußstück (12) ausgeübt werden, gedämpft und es wird verhindert, daß diese Schläge auf den rückwärtigen Teil des Bohrgestänges einwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Schlagdämpfungsvor­ richtung für ein Bohrgestänge, und insbesondere eine Schlagdämpfungsvorrichtung, die in Verbindung mit einem Tieflochhammer benutzt wird, um dessen Schläge und Vibrationen von der das Bohrgestänge drehenden Drehmaschine und anderen Teilen der Bohrausrüstung fernzuhalten.

In EP 0 565 662 B1 ist eine Bohreinrichtung beschrieben, die an einem Innenbohrgestänge einen Tieflochhammer aufweist und an einem Außenbohrgestänge ein Drehschlagbohrgerät. Dabei ist eine Schlagdämpfungsvorrichtung vorgesehen, die die Schläge von Innenrohr und Außenrohr voneinander entkoppelt.

Aus DE 196 16 751 A1 ist eine Überlagerungsbohrvorrichtung bekannt, bei der ein Außengestänge mit einem Kopfstück verbunden ist, auf welches eine Schlagvorrichtung Schläge ausüben kann. In dem Kopfstück befindet sich ein Gasdruckspeicher, dessen Hydraulikkammer mit einem Zylinderraum in Verbindung steht. Die Hydraulikflüssigkeit in dem Zylinder­ raum drückt einen Hydraulikkolben, an dem das Innengestänge be­ festigt ist, nach vorne. Der Gasdruckspeicher entkoppelt das Innengestänge mit dem darin enthaltenen Tieflochhammer von den Schlägen der Schlagvorrichtung.

Es ist üblich, bei Bohrgestängen, die mit einem Tieflochhammer betrieben werden, vor dem Drehantrieb ein Paket aus Dämpfungse­ lementen vorzusehen, das die Schläge des Tieflochhammers von dem Drehantrieb fernhält. Die Dämpfungselemente bestehen aus Gummipaketen, die einem starkem Verschleiß unterworfen sind.

Eine pneumatische Schlagdämpfungsvorrichtung, von der der Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus US 4 055 338. Bei dieser Dämpfungsvorrichtung ist ein mit einem Gas, z. B. Wasserstoff, gefüllter Zylinderraum vorgesehen, der durch einen Kolben abgeschlossen ist. Der Kolben wird durch ein Flüssigkeitspolster abgestützt. Bei einer Axialbewegung des mit einem ersten Teil eines Bohrgestänges verbundenen Zylinders wird das in dem Gasraum enthaltene Gas komprimiert, wodurch ein Feder- und Dämpfungseffekt entsteht. Diese Vorrichtung hat ei­ nen ständig geschlossenen Gasraum und einen ebenfalls ständig geschlossenen Flüssigkeitsraum. Sie bedarf somit einer gewissen Wartung zur Sicherstellung der benötigten Volumina von Gas und Flüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Schlagdämpfungsvorrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und bei langer Lebensdauer eine sichere Funktionsweise hat.

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

Die erfindungsgemäße Schlagdämpfungsvorrichtung weist einen Zy­ linder auf, in dem ein Kolben bewegbar ist. Durch den Kolben und den Zylinder geht ein längslaufender Kanal hindurch, der von Druckluft durchströmt werden kann, um einen angeschlossenen Tieflochhammer mit Druckluft zu versorgen. Von dem Kanal, der die Betriebs-Druckluft führt, führt ein Durchlaß in den Zylin­ derraum. Dieser Durchlaß wird automatisch verschlossen, wenn eine axiale Vorschubkraft wirkt, die vom rückwärtigen Ende her auf das Bohrgestänge ausgeübt wird. Durch den Verschluß des Durchlasses wird die in dem Zylinderraum enthaltene Druckluft eingeschlossen und anschließend komprimiert. Als Druckgas wird die in dem Kanal des Bohrgestänges strömende Luft benutzt, so dass kein geschlossener Gasdruckspeicher benötigt wird. Auch ein abgeschlossener Flüssigkeitsraum ist nicht erforderlich. Durch den Einschluß der Luft im Zylinderraum bildet sich ein Luftpolster aus, welches Schläge abfängt. Dieses Luftpolster wird durch den Lieferdruck der Druckluft und zusätzlich durch die axiale Vorschubkraft vorgespannt, so daß es Schläge und Vibrationen wirksam dämpfen kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält der Zylinderraum eine gegen den Kolben drückende Federvorrichtung. Diese Federvorrichtung ist bestrebt, den Zylinderraum aufzuweiten. Sie unterstützt die stoßdämpfende Wirkung des pneumatischen Luftpolsters. Ferner bewirkt sie ein Auseinanderdrücken des Zylinderraumes im Falle der Entlastung von der Vorschubkraft. Dadurch wird sichergestellt, daß die Schlagdämpfungsvorrichtung nicht im komprimierten Zustand verharrt, sondern bei neuer Benutzung stets entspannt und geöffnet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Zylinderraum eine längslaufende Buchse, die durch den Kolben hindurchragt und an der der Durchlaß in Form mindestens eines Wandlochs vorgesehen ist. Diese Buchse bildet den Kanal für die das Bohrgestänge durchströmende Druckluft. Sie wirkt gleichzeitig als Steuerorgan zum Abschließen des Zylinderraums bei Einwirken einer Vorschubkraft.

Die Erfindung ist generell bei Bohrgestängen anwendbar, und zwar sowohl bei Doppelbohrgestängen als auch bei Einfachbohrgestängen. Doppelbohrgestänge haben ein Innenrohr und ein Außenrohr, die von einem gemeinsamen Drehantrieb oder auch von separaten Drehantrieben gedreht werden.

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

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schlagdämpfungsvorrich­ tung im ungespannten Zustand,

Fig. 2 die Schlagdämpfungsvorrichtung nach Fig. 1 im ge­ spannten Zustand und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Schlagdämpfungsvor­ richtung bei einem Doppelgestänge im ungespannten Zu­ stand.

Die Schlagdämpfungsvorrichtung der Fig. 1 und 2 weist ein erstes Anschlußstück 10 auf, das an einen rückwärtigen Teil des Bohrgestänges angeschlossen werden kann und zu diesem Zweck ein Außengewinde 11 aufweist, das hier als Kegelgewinde ausgebildet ist. Die Vorrichtung hat ferner ein zweites Anschlußstück 12, das mit einem Innengewinde 13 versehen ist und damit an einen vorderen Teil des Bohrgestänges angeschlossen werden kann, nämlich entweder an ein Bohrrohr oder unmittelbar an einen Tieflochhammer.

An das Anschlußstück 10 ist ein zylindrischer Mantel 14 mit einem Gewinde 15 aufgeschraubt, wobei Dichtungen 16 den Übergang zwischen Anschlußstück und Mantel abdichten. Das Anschlußstück 10 bildet zusammen mit dem Mantel 14 einen Zylinder 17, dessen Zylinderraum mit 18 bezeichnet ist. In diesem Zylinder 17 bewegt sich ein Kolben 19, der Bestandteil des zweiten Anschlußstücks 12 ist. Das zweite Anschlußstück 12 ist außen mit einer Keilverzahnung 20 versehen, die in eine entsprechende Gegenverzahnung des Mantels 14 eingreift, so daß das zweite Anschlußstück 12 drehfest mit dem Mantel 14 verbunden ist, jedoch axial bewegt werden kann.

Der Zylinderraum 18 enthält eine Buchse 21, die mit einem Flansch 22 gegen die Stirnwand des Zylinderraums 18 stößt und dort mit einem Dichtring 23 abgedichtet ist. Der Flansch 22 enthält eine durchgehende axiale Bohrung 24. Die Buchse 21 erstreckt sich bis in den Kolben 19 hinein. Das Anschlußstück 12 enthält eine axial durchgehende Bohrung 25, die sich auch durch den Kolben 19 erstreckt. In einer Erweiterung 26 dieser Bohrung 25 sitzt eine als Stopfbuchse ausgebildete Dichtung 27. Durch diese Dichtung 27 ragt die Buchse 21 hindurch. Die Buchse ist von einer Federvorrichtung 28 aus einer Schraubenfeder umgeben, welche sich am einen Ende an dem Flansch 22 und am anderen Ende an der Stirnseite der Dichtung 27 abstützt. Je größer die Druckkraft der Federvorrichtung 28 ist, um so stärker wird die Dichtung 27 axial komprimiert, um die radiale Anpreßkraft an die Buchse 21 zu vergrößern.

Die Buchse 21 enthält einen Durchlaß 29 in Form mindestens eines Wandlochs. Dieser Durchlaß bildet eine Steueröffnung für den Anschluß des Zylinderraums 18 an den Kanal 30, der durch die Buchse, und somit auch durch den Zylinder und den Kolben, hindurchgeht.

Durch den Kanal 30 kann Druckluft in Richtung des Pfeiles 31 durch das Bohrgestänge zu dem mit dem Anschlußteil 12 verbunde­ nen Tieflochhammer strömen. Diese Druckluft steht unter einem Druck von etwa 10 bar. Der Zylinderraum 18 füllt sich mit Druckluft. Wird eine axial wirkende Vorschubkraft oder Andrück­ kraft aufgebracht, um die Bohrkrone gegen die Bohrlochsohle zu drücken, so wird die Federvorrichtung 28 zusammengedrückt, wodurch der Kolben 19 tiefer in den Zylinderraum 18 eindringt. Hierbei wird der Durchlaß 29 von der Dichtung 27 verschlossen und die im Zylinderraum 18 enthaltene Druckluft wird noch stärker komprimiert, beispielsweise auf 15 bar. Dies ist der aktive Zustand der Schlagdämpfungsvorrichtung, in welchem Schläge und Vibrationen, die auf das zweite Anschlußstück 12 übertragen werden, absorbiert werden und somit nicht zu dem ersten Anschlußstück 10 gelangen.

Wird die axiale Vorschubkraft beendet, dann ist die Federvorrichtung 28 bestrebt, den Zylinderraum 18 wieder zu vergrößern. Dabei kann im Zylinderraum 18 ein Unterdruck entstehen, der verhindert, daß die Federvorrichtung 28 sich so weit entspannt, bis der Durchlaß 29 freigelegt wird. Um dies zu verhindern, ist die Belüftungsöffnung 24 in dem Flansch 22 vorgesehen. Der Flansch 22 hebt im Falle eines Unterdrucks im Zylinderraum von der Stirnwand 32 ab, so daß Druckluft aus dem Kanal 30 durch die Belüftungsöffnung 24 in den Zylinderraum 18 strömen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist die Schlagdämpfungsvorrichtung in einen einzigen Bohrstrang eingesetzt. In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Schlagdämpfungsvorrichtung mit einem Innengestänge 35 und einem Außengestänge 36 verbunden ist. Das Außengestänge 36 ist mit einem Gewinde 37 auf die Hülse 14 aufgeschraubt, wobei eine Schlagübertragungsfläche 38 die Schläge eines Außenhammers überträgt. Diese Schläge werden von einem Einsteckende 39, das mit dem ersten Anschlußstück 10 verschraubt ist, über eine Schlagübertragungsfläche 40 auf das erste Anschlußstück übertragen. Somit besteht eine Schlagübertragungsverbindung von dem Einsteckende zu dem Außengestänge 36. Das Innengestänge 35 ist in das zweite Anschlußstück 12 eingeschraubt. Am unteren Ende des Innengestänges 35 befindet sich ein (nicht dargestellter) Tieflochhammer. Durch die Schlagdämpfungsvorrichtung wird verhindert, daß Schläge des Tieflochhammers auf das Einsteckende 39 übertragen werden. Außerdem wird verhindert, daß Schläge des Einsteckendes 39 auf das Innengestänge übertragen werden.

Durch die Erfindung werden externe Schlagdämpfungsvorrichtun­ gen, wie sie normalerweise in unmittelbarer Nähe des Drehan­ triebes vorgesehen sind, unnötig. Die Schlagdämpfung erfolgt bereits im Verlauf des Bohrgestänges.

Claims (6)

1. Pneumatische Schlagdämpfungsvorrichtung für ein Bohrgestänge, mit einem Zylinder (17), der mit einem ersten Teil des Bohrge­ stänges verbindbar ist, einem in dem Zylinder (17) verschieb­ baren Kolben (19), der einen Zylinderraum (18) begrenzt und mit einem zweiten Teil des Bohrgestänges verbindbar ist, und einem Kanal (30), der durch den Zylinder (17) und den Kolben (19) hindurchgeht und die beiden Teile des Bohrgestänges pneu­ matisch verbindet, gekennzeichnet durch einen von dem Kanal (30) in den Zylinderraum (18) führenden Durchlaß (29), der durch die Bewegung des Kolbens (19) infolge einer axialen Vorschubkraft verschlossen wird.

2. Schlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinderraum (18) eine gegen den Kolben (19) drückende Federvorrichtung (28) enthält.

3. Schlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (18) eine längslaufende Buchse (21) enthält, die durch den Kolben (19) hindurchragt und an der der Durchlaß (29) in Form mindestens eines Wandlo­ ches vorgesehen ist.

4. Schlagdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (19) eine Dichtung (27) enthält, die die Buchse (21) umgibt und in die der Durchlaß (29) eintauchen kann.

5. Schlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein erstes Anschlußstück (10) für den ersten Teil des Bohrgestänges und ein zweites Anschluß­ stück (12) für den zweiten Teil des Bohrgestänges vorgesehen ist, wobei eines der Anschlußstücke mit einem Mantel (14) verbunden ist, der das andere Anschlußstück drehfest und gleitend umgibt.

6. Schlagdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (21) eine Belüftungsöffnung (24) aufweist, die beim Auseinanderziehen der beiden Teile des Bohrgestänges den Zylinderraum (18) mit dem Kanal (30) verbindet.