DE2234783C2 - Gesteinsbohrmaschine - Google Patents

Description

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dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung ein Paar vertikal voneinander beabstandete Lager (94,96) aufweist,

— deren jeweils äußerer Lagerring in dem beweglichen Querrahmen (22) sitzt,

— deren jeweils innerer Lagerring von dem Bohrkopf (89) getragen wird, und

— deren jeweils einer Lagerring eine sphärisch gebogene, eine Schwenkbewegung des die inneren Lagerringe tragenden Bohrkopfes (89) gegenüber dem die äußeren Lagerringe stützenden Querrahmen (22) zulassende Lageroberfläche mit einem diesen beiden Lagerringen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt aufweist.

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2. Bohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (89) ein Antriebszwischenelement (92), das von den Lagern (94, 96) gehalten wird, und einen inneren Antriebskopf (110) aufweist, der gegenüber dem Antriebszwischenelement (92) axial begrenzt beweglich und mit diesem zur Übertragung der Drehbewegung gekoppelt ist, wobei der innere Antriebskopf (110) ein Werkzeug-Anschlußglied (120) aufweist, das mit einem komplementären Anschlußglied (121) eines Bohrgestängeelements (122) verbindbar ist.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Element (90) der Verbindungseinrichtung in das Antriebszwischenelement (92) des Bohrkopfes (89) hinein verlängert und in einer Höhe angeordnet ist, die der Höhe des Krümmungsmittelpunktes (134) der Lagerringe der Lager (94,96) entspricht.

4. Bohrmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (94, 96) eine Anzahl von zwischen den Lagerringen angeordneten Rollkörper (130, 134) aufweisen, die in Längsrichtung über ihre Länge mit einer Krümmung gebogen sind, die der Krümmung der gebogenen Lageroberflächen der Lagerringe entspricht

Die Erfindung betrifft eine Gesteinsbohrmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen, aus der US-PS 34 54114 bekannten Gesteinsbohrmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 besteht die Lageranordnung aus einem einzigen Lager, das nicht nur die Getriebeabtriebswelle, sondern auch das mit dem Bohrkopf verbundene Antriebszwischenelement drehbar lagert Ein Verschwenken der Abtriebswelle gegenüber dem Getriebegehäuse ist nicht möglich. Die Abtriebswelle des Getriebes ist vielmehr über ein sphärisch ausgebildetes Universalgelenk mit dem Bohrgestänge verbunden. Die dabei auftretenden Biegemomente werden jedoch dabei auf die Getriebeabtriebswelle übertragen, da der Verschwenkpunkt weit außerhalb der Lageranordnung liegt. Eine ähnliche Gesteinsbohrmaschine ist aus der US-PS 34 90 546 bekannt

Aus der US-PS 28 63 638 ist eine Gesteinsbohrmaschine bekannt, bei der eine flexible Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Bohrgestänge vorgesehen ist Die Kupplung besteht aus mehreren ringförmigen elastischen Scheiben. Wenn das Bohrgestänge seitlich verschwenkt, werden die elastischen Scheiben gestreckt und müssen daher sehr stabil ausgebildet sein, um sowohl die Torsionskräfte ohne unerwünschte Vibrationen zu übertragen als auch den hohen Druckkräften widerstehen zu können. Ein wesentlicher Betrag der Biegekräfte wird daher zwangsläufig zur Verformung der Scheiben benötigt und damit von dem Bohrgestänge auf die Antriebseinheit übertragen. Die Kupplung ist ferner in einem relativ großen Abstand von den Lagern angeordnet, so daß auf das Lager ein großer Drehmoment senkrecht zur Lagerachse wirkt. Die Lager müssen dementsprechend robust ausgelegt sein. Nachteilig ist ferner, daß der Schwenkpunkt weit außerhalb der Ebene des Querrahmens liegt, die die Kräfte auf die Führungssäulen überträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gesteinsbohrmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die durch ein Verschwenken des Bohrgestänges gegenüber der Maschine auftretenden Biegemomente von der Antriebseinheit ferngehalten werden. Diese Aufgabe wird du^pch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schwenkpunkt in die Lageranordnung gelegt ist und die von dem Bohrgestänge ausgeübten Biegemomente über die Lager direkt in den beweglichen Querrahmen der Gesteinsbohrmaschine als Radialkräfte eingeleitet werden. Da ferner zusätzlich zu den Radial- und Drucklagern keine Gelenkverbindung notwendig ist, verkürzt sich die Baulänge im Bereich des Bohrkopfes.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine isometrische Ansicht der Gesteinsbohrmaschine schräg von vorne, wobei der Drehantrieb etwas angehoben ist;

F i g. 2 eine Darstellung ähnlich der von F i g. 1, wobei der Drehantrieb jedoch abgesenkt ist;

F i g. 3 im Schnitt eine Detaildarstellung der Bohrvorrichtung und

F i g. 4 im Schnitt den Bohrkopf.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Grundrahmen 10 auf, der eine Grundplatte 12 und einsn im wesentlichen U-förmigen Hauptrahmen 14 besitzt, der sich von der Grundplatte 12 nach oben erstreckt Der Hauptrahmen 14 weist nach oben gerichtete Wandabschnitte auf, welche zwei Sockel 16 bilden, die im Bereich der Ecken auf der Grundplatte 12 angeordnet sind. Die unteren Endabschnitte eines Paares paralleler Führungssäulen 18 werden von den Sockeln 16 aufgenommen und dadurch starr am Grundrahmen befestigt. Ein stationärer, oberer Querrahmen 20 verbindet die oberen Enden der Führungssäulen 18 starr miteinander. Der Grundrahmen 10 und der stationäre Querrahmen 20 bilden zusammen die 'Hauptrahmenanordnung der Gesteinsbohrmaschine.

Die Führungssäulen 18 halten und führen einen beweglichen Querrahmen 22, welcher im vertikalen Abstand voneinander angeordnete, obere und untere Führungshülsen 24, 26 besitzt, welche die Führungssäulen 18 umgeben. Ein unterer Bereich des beweglichen Querrahmens 22 erstreckt sich von den unteren Führungshülsen 26 seitlich in eine Lage oberhalb des Grundrahmens 10 und bildet ein unteres Gehäuse 28 für eine Lageranordnung (Fig.4). Ein zweites oberes Gehäuse 30 befindet sich seitlich von den oberen Führungshülsen 24 oberhalb des unteren Gehäuses 28. Die Gehäuse 28, 30, die Führungshülsen 24, 26 und die Verbindungselemente des beweglichen Querrahmens 22 sind strukturell in einer einzigen starren Rahmenanordnung vereinigt.

Das obere Gehäuse 30 enthält ein Sammelgetriebe 32 (F i g. 3), das zwei Antriebszahnräder 34 und ein einziges Abtriebszahnrad 36 aufweist.

Zwei Antriebsmotoren sind am Gehäuse 30 angeschraubt, und jeder von ihnen besitzt eine Antriebswelle, welche mit einem der Antriebszahnräder 34 verbunden ist, wie anschließend näher erläutert wird.

Die Antriebe bestehen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Elektromotor 38 und einem Planeten-Reduziergetriebe 40, beispielsweise von einer Bauart gemäß Fig. 7 der vorausgehend genannten US-PS34 54 114.

Der bewegliche Querrahmen 22 wird mittels einer Anzahl von Druckzylindern 41 gehoben und abgesenkt, die einen Hohlzylinder 42 und einen Kolben mit einer Kolbenstange 44 und einem Kopf 45 aufweisen. In der dargestellten Anordnung erstrecken sich die geschlossenen Enden der den Kolben aufnehmenden Hohlzylinder 42 nach oben und die offenen Enden nach unten. Halterungen 46 nehmen die unteren Enden der Hohlzylinder 42 auf und verbinden sie fert mit dem beweglichen Querrahmen 22 (F i g. 3). Die Kolbenstangen 44 weisen Halterungen 48 für den unteren Endabschnitt auf, wobei die Halterungen 48 mit dem Grundrahmen 10 verbunden sind. Die Halterungen 48 werden zwischen vertikalen Plattenbereichen des Hauptrahmens 14 aufgenommen und sind an diesen Plattenbereichen durch querverlaufende Stifte 50 befestigt. Die Druckzylinder 41 entsprechen im wesentlichen den in der vorausgehenden US^-PS

34 54 114 gezeigten Pressen. Daher werden weitere Einzelheiten dieser Druckzylinder 41 einschließlich der Einrichtung zur Zufuhr und Entnahme eines Antriebsmediums nicht besonders beschrieben.

Wie am besten aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Führungssäulen 18 und zwei der Druckzylinder 41 im Abstand voneinander im Viereck angeordnet, wobei die Führungssäulen 18 an einer Seite des Grundrahmens 10 verhältnismäßig nahe an den Eckenbereichen des Grundrahmens 10 angeordnet sind, während die beiden Druckzylinder 41 in den Eckbereichen auf der anderen Seite des Grundrahmens 10 liegen. Der dritte Druckzylinder 41 befindet sich im wesentlichen zwischen den Führungssäulen 18 und bildet mit den beiden anderen Druckzylindern 41 ein Dreieck. Die Bohrachse befindet sich im wesentlichen im Kraftmittelpunkt innerhalb des Dreiecks. Die oberen Enden der Hohlzylinder 42 sind durch einen im wesentlichen dreieckig ausgebildeten beweglichen Kopfrahmen 52 miteinander verbunden.

Die doppelwirkenden hydraulischen Druckzylinder 41 sind Hebevorrichtungen, die auch anders ausgebildet sein könnten, beispielsweise als Schraubenanordnung.

Es wird auf die F i g. 3 Bezug genommen, wo wie auch in anderen Figuren der Motor mit 38 und das Drehzahlreduziergetriebe mit 40 bezeichnet ist. Die Motoren 38 und die Reduziergetriebe 40 sind als vertikale, längliche Säule ausgebildet, die sich im wesentlichen parallel zu den Führungssäulen 18 und den Druckzylindern 41 erstreckt.

Der untere Teil jeder Getriebe-Hauptwelle 54 ist

mittels einer Keilnutverbindung bei 56 mit einer rohrförmigen Verlängerung 58 verbunden. Ein axial und radial belastbares Lager 60 ist innerhalb des unteren Teils 62 eines Antriebsgehäuses 64 angeordnet und umgibt das obere Ende der rohrförmigen Verlängerung

58. Ein ringförmiger Halteflansch 66, welcher mit dem Teil 62 des Antriebsgehäuses 64 durch eine Anzahl von nicht gezeigten Gewindebolzen verbunden ist, hält das Lager 60 an seinem Platz.

Die Verlängerung 58 befindet sich innerhalb eines Gehäuseteils 68, welches an seinem oberen Ende durch Bolzen mit dem Teil 62 des Antriebsgehäuses 64 verbunden ist und an seinem unteren Ende mit dem Sammelgetriebegehäuse 30. Die Bolzen 70 verbinden den Gehäuseteil 68 mit dem Gehäuse 30 (F i g. 1 und 2). Die Bolzen 72 verbinden den unteren Befestigungsflansch des Gehäuses 30 mit dem Gehäuse 28.

Gemäß Fi g. 3 ist die Verlängerung 58 mit Innenkeil-

nuten versehen, welche mit Außenkeilnuten am oberen Ende einer Welle 74 zusammenwirken, an welcher Ritzel 34 angeordnet sind; sie ist als Ringelement ausgebildet und mittels einer Keilverbindung an der Welle 74 befestigt. Das obere Ende jeder Welle 74 wird

in einem axial und radial belastbaren Lager 76 aufgenommen, während das untere Ende jeder Welle 74 in einem ähnlichen, axial und radial belastbaren Lager 78 aufgenommen wird.

Ein oberes und ein unteres axial und radial belastbares Lager 80 beziehungsweise 82 dienen zur Lagerung einer mittig angeordneten Welle 84, an welcher ein Zahnrad 36 beispielsweise durch Keilnuten befestigt ist. Das untere Ende der Welle 84 erstreckt sich durch eine Bodenöffnung im Gehäuse 30, weist Außenkeilnuten 86 auf und ■ erstreckt sich in ein vertikal angeordnetes, rohrförmiges Antriebselement 87 (Fig.4). Das Antriebselement 87 besitzt einen unleren Endabschnitt 88 mit größerem Durchmesser, welcher mit umfangseiti-

gen Keilnuten 90 versehen ist und von einem mit Keilnuten versehenen Teil 91 eines einen vergrößerten Innendurchmesser aufweisenden, rohrförmigen Antriebszwischenelements 92 des Bohrkopfes 89 aufgenommen wird. Das Antriebszwischenelement 92 selbst besteht aus einem oberen und einem unteren Teil 93 bzw. 112, wovon jeder einen Endabschnitt mit verringertem Durchmesser aufweist. Der obere Endabschnitt des oberen Teils 93 des Antriebselements 92 wird in einem axial und radial belastbaren Lager 94 aufgenommen. Der untere Endabschnitt des unteren Teils 112 wird in einem größeren, axial und radial belastbaren Lager 96 aufgenommen. Im unteren Teil des Gehäuses 28 ist ein Sockel 98 vorhanden, welcher das Lager 96 trägt. Das Lager 94 wird von einer Schulter 100 getragen, die am oberen Ende des Antriebszwischenelements 92 vorhanden ist, und das Lager 94 wird radial außen von einem Ringelement 102 gehalten. Zwischen der Oberseite des Lagers 94 und einem ringförmigen Halteflansch 106, welcher am Ringelement 102 durch Gewindebolzen 108 befestigt ist, ist eine scheibenförmige Dichtung 104 angeordnet. Die Dichtung 104 steht in loser Berührung mit dem oberen Ende des Antriebselements 87, so daß zwischen diesen beiden Teilen eine relative Bewegung möglich ist. Der Bohrkopf 89 enthält ferner einen Hauptantriebskopf 110, der sich axial durch den rohrförmigen, unteren Abschnitt 112 des Antriebszwischenelements 92 erstreckt. Der Antriebskopf 110 weist einen oberen Endabschnitt 114 mit erweitertem Durchmesser auf, an dessen Außenumfang axial verlaufende Keilnuten 116 angeordnet sind. Die Keilnuten 116 wirken mit einer Anordnung langer ausgebildeter axialer Keilnuten 118 zusammen, die an der Innenseite des Antriebselements 92 vorhanden sind. Die Keilnuten 116, 118 koppeln den Antriebskopf 110 mit dem Antriebszwischenelement 92 zur gemeinsamen Drehung, gestatten jedoch eine begrenzte Axialbewegung des Antriebskopfes 110 gegenüber dem Antriebszwischenelement 92.

Das untere Ende des Antriebskopfs 110 weist eine Werkzeug-Aufnahme auf, weiche mit einem mit Innengewinde versehenen Anschlußteil 120 dargestellt ist. Ein entsprechendes zapfenartig ausgebildetes Verbindungsglied 121 eines oberen Abschnitts eines Bohrgestänges 122 ist mit dem Anschlußteil 120 verschraubt. Eine rohrförmige, mittig angeordnete Welle 124 erstreckt sich von einem unteren Bereich des Antriebskopfes 110 durch den hohlen Innenraum des Antriebselements 87, anschließend durch den hohlen Innenraum der Welle 84 und schließlich weiter nach oben zur Verbindung mit dem unteren Abschnitt einer fluidführenden nicht dargestellten Gelenkkupplung 126, welche unterhalb eines oberen Kopfrahmens 52 angeordnet ist. Der obere Teil der fluidführenden Gelenkkupplung 126 ist mit einer Quelle für Bohrfluid verbunden, welches durch die Gelenkkupplung 126 und die Welle 124 dem hohlen Innenraum des Bohrgestänges 122 zugeführt wird. Der obere Teil der Gelenkkupplung 126 ist ferner mit einer nicht dargestellten Kolbenstange verbunden, welche nach oben in einen Zylinder 128 ragt (Fig. 1 und 2), welcher sich an der Oberseite des Kopfrahmens 52 befindet. Der Zylinder 128 ist Teil eines doppeltwirkenden linearen hydraulischen Motors, welcher zum Ausgleich des Gewichts des Bohrgestänges 122 und des Antriebskopfes 110 vorgesehen ist. Diese Ausgleichsanordnung ist im einzelnen in dem deutschen Patent 21 47 612 beschrieben.

Gemäß F i g. 4 weisen die axial und radial belastbaren Lager 94, 96 sich verjüngende Rollkörper 130, 132 auf, weiche in Längsrichtung gekrümmt sind. Die Krümmung ist für alle Rollkörper 130, 132 die gleiche und entspricht einem imaginären Kreis, dessen Mittelpunkt sich näherungsweise bei 134 befindet. Als Folge dieser Anordnung werden wenigstens die größeren Biegekräfte, weiche vom Bohrschaft auf den Antriebskopf 110 übertragen werden, nicht zum mittigen Zahnrad 36 übertragen. Statt dessen veranlassen die Biegekräfte lediglich den Antriebskopf 110 und das mit diesem durch Keilnuten verbundene Antriebszwischenelement 92, sich geringfügig seitlich um den Mittelpunkt 134 gegenüber dem Antriebselement 87 zu drehen. Die Keilnuten 90 des Endabschnitts 88 des Antriebselements 87 sind ausreichend kurz bemessen, und es ist ausreichend Spiel bei ihrem Eingriff mit den Keilnuten 91 des Antriebszwischenelements 92 vorhanden, damit sich das Amtriebselement 87 nur geringfügig oder überhaupt nicht verschwenkt, wenn eine Schwenkbewegung des Antriebskopfes 110 im Antriebszwischenelement 92 auftritt Daher wird ein Gelenk zwischen den Antriebselementen 87 und dem Antriebszwischenelement 92 erhalten, welches keine Biegekräfte übertragen kann.

Eine biegsame Wandabdichtung 126 ist an einem unteren Abschnitt des beweglichen Querrahmens 22 befestigt, beispielsweise durch eine Anzahl von Bolzen 138 und ist ferner mit einer ringförmigen Hülse 140 verbunden, die den unteren Abschnitt 112 des Antriebszwischenelements 92 umgibt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Patentansprüche:
1. Gesteinsbohrmaschine

— mit vertikalen Führungssäulen,

— mit einem beweglichen Querrahmen, der entlang dieser Führungssäulen mit Präzision nach oben und nach unten beweglich ist, und

— mit einer Bohrvorrichtung, die von dem Querrahmen getragen ist und folgende Teile aufweist:

— einen drehbaren, mit einem Bohrgestänge verbindbaren Bohrkopf,

— eine in dem beweglichen Querrahmen vorgesehene Lageranordnung, von der die axialen und die radialen vom Bohrgestänge auf den Bohrkopf übertragenen Kräfte anfnehmbar sind,

— eine Motoranordnung,

— eine Antriebsübertragungseinrichtung mit einem von der Moioranordnung angetriebenen Drehelement, und

— eine Verbindungseinrichtung, die das Drehantriebselement mit dem Bohrkopf verbindet und ein erstes, mit Drehantriebselement verbundenes Element sowie ein zweites, vom Bohrkopf getragenes Element aufweist,

— wobei diese beiden Elemente drehfest miteinander gekuppelt sind und

— das erste Element gegenüber dem zweiten Element verschwenkbar ist,

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