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Bohrgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät mit einem
Mast, einem Windwerk, das eine mittels hydrostatischen Antriebs drehbare Trommel
für ein zum Halten des Bohrstranges oder eines am Mast verschiebbaren Kraftdrehkopfes,
Bohrschlittens od.dgl.
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dienendes Seil aufweist, sowie mit einer Nachlaßvorrichtung für das
Seil.
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Um bei Bohrgeráten dieser Art das Seil mit dem Bohrstrang bzw.
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mit einem den Bohrstrang tragenden Kraftdrehkopf oder einem ähnlichen
Element je nach dem Arbeitsvorgang nachlassen zu können, werden Bandbremsen verwendet,
mit denen die Trommel für das ablaufende Seil beim Nachlaßvorgang abgebremst wird.
Solche Bandbremsen enthalten dem Verschleiß unterworfene Teile, die häufig ersetzt
werden müssen. Sie sind außerdem im Betrieb laut und verursachen als unangenehm
empfundene Geräusche. Soll das Bohrwerkzeug beim Bohren über eine bestehende Gewichtsbelastung
hinaus einen erhöhten Andruck an die Bohrlochsohle erhalten,
soll
also der Bohrstrang zusätzlich belastet werden, wie es häufig, etwa bei harten Formationen,
erwünscht oder erforderlich ist, so werden dazu besondere Einrichtungen benutzt,
die unabhängig von einer Nachlaßvorrichtung bekannter Art sind und z.B. mittels
eines hydraulischen Zylinders und Kolbens zu bewegende Seilrollenanordnungen od.dgl.
für die Verstellung eines Bohrschlittens od.dgl. aufweisen. Gewisse Schwierigkeiten
bereitet es hierbei, die Größe des aufgebrachten Andruckes zu ermitteln bzw. einen
Andruck von gewünschter Größe einzustellen.
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Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten
zu überwinden und bei einem mit hydrostatisch antreibbarem Windwerk ausgerüsteten
Bohrgerät eine besonders günstige Möglichkeit für das Nachlassen des Bohrstranges
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eines Kraftdrehkopfes od.dgl. zu finden und dabei ohne Betriebsvorrichtungen
auszukommen, die Bremsbeläge oder ähnliche, einem bestimmungsgemäßen Reibungsverschleiß
ausgesetzte Teile erfordern, und ferner ein Arbeiten ohne unangenehme Lärm- und
Geräuscherscheinungen zu erreichen. Im Rahmen der Gesamtaufgabe liegt es dabei auch,
das Bohrgerät weiterhin so auszubilden, daß beim Arbeiten der dem Nachlaßvorgang
dienenden Teile in Verbindung mit der Betätigung einer Vorrichtung zum Aufbringen
eines Bohrandruckes in zweckmäßiger Weise eine genaue Einstellung bzw. Erfassung
des Bohrandruckes möglich wird.
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Die Erfindung sieht bei einem Bohrgerät der eingangs genannten
Art
vor, daß der Windenantrieb ein in an sich bekannter Weise als Motor und als Pumpe
verwendbares Hydrogerät ist und die Nachlaßvorrichtung von diesem Hydrogerät und
einer dessen Arbeitsweise im Pumpenbetriebszustand bestimmenden hydraulischen Steuereinrichtung
gebildet ist.
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Das Hydrogerät ist beispielsweise ein nach dem Verdrängerprinzip arbeitendes
Axialkolbenaggregat. Bei seinem durch die Steuereinrichtung beeinflußten Betrieb
als Pumpe entsteht eine Bremswirkung, wie sie für den Nachlaßvorgang erwünscht ist.
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Damit ist der Windenantrieb zugleich auch für das Nachlassen nutzbar
gemacht. Eine Bandbremse oder sonstige Reibungsbremse als Nachlaßvorrichtung, wie
sie bisher vorgesehen werden mußte, entfällt. Die bei der Erfindung dem Hydrogerät
zugeordnete Steuereinrichtung stellt keinen besonderen Aufwand dar. Die notwendige
Bremswirkung läßt sich vielmehr mit unkomplizierten Mitteln erreichen. So genügt
es im einfachsten Fall, das Hydrogerät auf einen hydraulischen Widerstand, z.B.
eine Blende od.dgl., zu schalten, gegen den es im Pumpenbetrieb arbeitet.
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Für den Betrieb des Hydrogeräts als Motor und als Pumpe können insbesondere
offene Hydrauliksysteme vorgesehen sein. Dies stellt eine sehr günstige Ausführung
dar.
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Weiterhin kennzeichnet sich eine zweckmäßige Ausbildung des Geräts
durch ein zwischen einer aus einem Tank ansaugenden Druckmittelpumpe und dem Hydrogerät
angeordnetes Steuerventil, mittels dessen ein Anschluß des Hydrogeräts wahlweise
mit der
Druckmittelpumpe oder mit einer Abströmleitung zum Tank
verbindbar ist, während der andere Anschluß des Hydrogeräts ständig mit dem Tank
durch eine in das Hydraulikmedium in diesem eintauchende Leitung verbunden ist.
Dies ermöglicht ein schnelles Umschalten vom Winden- auf Nachlaßbetrieb und stellt
dabei auch sicher, daß das Hydrogerät beim Arbeiten als Pumpe immer einwandfrei
ansaugen kann.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in einer bei Pumpenbetrieb
des Hydrogeräts den Förderstrom von diesem abführenden Leitung ein Stromregelventil
vorgesehen. Ein solches Stromregelventil (Mengenregler), das von an sich bekannter
Bauart sein kann, hält die Senkgeschwindigkeit beim Nachlassen unabhängig von dem
vom Hydrogerät erzeugten Druck und damit unabhängig von dem Gewicht des nachzulassenden
Bohrstranges konstant. Vorteilhaft ist das Stromregelventil einstellbar. Der Bedienungsmann
des Bohrgeräts braucht dann lediglich einen das Stromregelventil beeinflussenden
Hebel od.dgl. auf einen wählbaren Wert an einer Skala zu stellen und weiß dann,
daß der Nachlaßvorgang mit der von ihm gewünschten Senkgeschwindigkeit vonstatten
geht. Dies stellt gegenüber bisher üblichen Vorrichtungen eine wesentliche Verbesserung
sowohl im Hinblick auf den Arbeitsvorgang selbst als auch für die Bedienung des
Bohrgeräts dar..
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Parallel zum Stromregelventil ist zweckmäßig ein bei Pumpenbetrieb
des Hydrogeräts vom Förderstrom in Schließstellung gehaltenes Rückschlagventil vorgesehen,
über das dem Hydrogerät
beim Motorbetrieb Druckmittel zuführbar
ist.
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Die Erfindung seht weiterhin vor, daß ein Druckbegrenzungsventil in
einer Leitung angeordnet ist, die im Pumpenbetriebszu stand den einzigen Abströmweg
für das vom Hydrogerät geförderte Hydraulikmedium bildet. Dies bietet u.a. die Möglichkeit,
weitere Arbeitsoperationen mit dem Bohrgerät in vorteilhafter Weise ausführen zu
können.
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Insbesondere kann bei einer solchen Ausführung des Bohrgeräts mit
auf Pumpenbetrieb geschaltetem Hydrogerät der Bohrstrang oder eine ihn haltende
Aufhängung, ein Kraftdrehkopf, Bohrschlitten od.dgl. durch eine Antriebsvorrichtung
mit wählbarer Kraft abwärts bewegt werden, um einen gewünschten Bohrandruck aufzubringen.
Dabei strömt das von dem als Pumpe arbeitenden, durch das Windwerk angetriebenen
Hydrogerät geförderte Hydraulikmedium über das Druckbegrenzungsventil ab, das in
einer hierbei als alleiniger Abströmweg geschalteten Leitung liegt.
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Es besteht hier der große Vorteil, daß die von der Andruckvorrichtung
aufgebrachte Kraft ohne Unsicherheiten oder nicht erfaßbare Reibungseinflüsse ermittelt
und bei geeigneter Ausbildung der Andruckvorrichtung auch einwandfrei eingestellt
werden kann.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführung weist die Andruckvorrichtung eine
motorisch antreibbare Winde mit einem die Andruckkraft
als Zugkraft
am Bohrstrang, Kraftdrehkopf od.dgl. ausübenden Zugorgan auf. Von besonderem Vorteil
ist es, als Antrieb für die Winde einen Hydraulikmotor vorzusehen. Dabei ist zweckmäßig
an die zum Motor führende Druckmittelleitung ein einstellbares Druckbegrenzungsventil
mit Ablauf zu einem Tank angeschlossen, wodurch eine einfache Anderung der Andruckkraft
möglich ist. Die Höhe der Andruckkraft läßt sich auf einem Manometer ablesen, das
an die zum Motor führende Druckmittelleitung angeschlossen ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung, der zugehörigen, ein Ausführungsbeispiel
veranschaulichenden Zeichnung sowie den angefügten Ansprüchen. In der Zeichnung
sind BIT. schematisch wichtige Teile eines Bohrgeräts sowie hydraulische Bauelemente
mit ihrer Schaltung dargestellt.
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Mit der Ziffer 14 ist ein Teil des Mastes eines im übrigen nicht wiedergegebenen
Bohrgeräts bezeichnet, das von bekannter Ausbildung sein kann. An Führungen des
Mastes 14 ist ein Bohrschlitten oder Kraftdrehkopf 13 auf und ab verschiebbar, der
am oberen Ende eines von ihm drehend antreibbaren Bohrgestänges 15 mit Bohrwerkzeug
16 angreift. Der Kraftdrehkopf 13 ist an dem Seil 17 eines Windwerkes W aufgehängt,
dessen Trommel 7 über eine Welle 18 mit einem Hydrogerät 6 verbunden ist, das wahlweise
als Motor oder als Pumpe arbeiten kann.
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Zwischen einer aus dem Tank T ansaugenden, einstellbaren Druckmittelpumpe
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mit parallel zu dieser geschaltetem einstellbarem Maximaldruckventil 19 und einem
Anschluß 20 des Hydrogeräts 6 ist ein Steuerventil 2 vorgesehen, über das in einer
seiner beiden Stellungen dem Hydrogerät 6 über Leitungen 22, 24 und ein Rückschlagventil
4 Druckmedium von der Pumpe 1 zugeführt werden kann. Das Hydrogerät 6 arbeitet dabei
als Motor und treibt die Trommel 7 des Windwerkes W im Sinne des Anhebens des Kraftdrehkopfes
13 an. Das Hydraulikmedium strömt hierbei vom Hydrogerät 6 aus dessen anderem Anschluß
26 ab und fließt über eine Leitung 21 zurück zum Tank T. In einer vom Anschluß 20
zur Leitung 21 führenden Leitung 25 ist ein Druckbegrenzungsventil 5 angeordnet,
das beim Antrieb der Windwerkstrommel 7 zur Drehmomentbegrenzung dienen kann.
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Die Leitung 21 dient beim Pumpenbetrieb des Hydrogeräts 6 als Saugleitung
und taucht in das Hydraulikmedium im Tank T ein. Dem Pumpenbetriebszustand des Hydrogeräts
6 entspricht die in der Zeichnung als eingestellte Arbeitsposition gezeigte Stellung
des Steuerventils 2. Hierbei kann das Hydrogerät 6 zusammen mit einem als Steuereinrichtung
in einer Leitung 23 vorgesehenen einstellbaren Stromregelventil 3 als Nachlaßvorrichtung
arbeiten. Ist das Stromregelventil 3 geschlossen, dann dreht sich das Hydrogerät
6 nicht, weil ein Abströmen von Hydraulikmedium über das nur entgegengesetzt öffnende
Rückschlagventil 4 nicht möglich ist und das Druckbegrenzungsventil 5 auf einen
höheren Druck eingestellt ist, der über den beim Nachlassen auftretenden Drücken
liegt.
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Wird das Stromregelventil 3 geöffnet, so kann sich die Trommel 7 zum
Nachlassen des Seiles 17 drehen, wobei das von dem als Pumpe arbeitenden Hydrogerät
6 geförderte Druckmedium über das Stromregelventil 3 abfließt. Entsprechend der
Öffnung des Stromregelventils 3 ist jede gewünschte Ablaufgeschwindigkeit der Last
von Null bis zum Maximum einstellbar.
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Um z.B. beim Bohren in harten Formationen einen Andruck von einstellbarer
Höhe auf das Bohrwerkzeug 16 ausüben zu können, ist bei der dargestellten Ausführung
eine von einem Hydraulikmotor 9 über eine Welle 29 antreibbare Winde 10 vorgesehen,
deren Seil 30 am Kraftdrehkopf 13 angreift und diesen mit dem Bohrstrang 15, 16
zur Aufbringung eines Andruckes nach unten ziehen kann. Der Motor 9 wird von einer
einstellbaren Pumpe 8 aus dem Tank T mit Druckmedium versorgt. An die von der Pumpe
8 zum Motor 9 führende Druckmittelleitung 28 ist ein einstellbares Druckbegrenzungsventil
11 mit Ablauf zum Tank T sowie ein Manometer 12 angeschlossen.
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Wird beim Aufbringen des Andruckes der Kraftdrehkopf 13 mittels des
Seiles 30 der Winde 10 nach unten gezogen, so treibt dabei das Windwerk W gleichzeitig
das Hydrogerät 6 im Pumpenbetrieb an. Das Stromregelventil 3 ist dabei geschlossen,
so daß die Leitung 25 den alleinigen Abströmweg bildet und das aus dem Auslaß 20
geförderte Druckmedium nur über das entsprechend eingestellte Druckbegrenzungsventil
5 abfließen kann.
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Das Manometer 12 zeigt den für das Abwärtsfahren des Bohrstranges
mit
dem Bohrwerkzeug 16 erforderlichen Hydraulikdruck an. Dabei sind alle Wirkungsgradbeeinflussungen,
die sich sonst durch Seilreibung, Untersetzungen, Lagerreibung usw. ergeben, ausgeklammert.
Sitzt das Bohrwerkzeug 16 auf der Bohrlochsohle auf, so entspricht jeder höhere
Wert, der an dem Manometer 12 ablesbar ist, der tatsächlich auf das Bohrwerkzeug
16 wirkenden Belastung. Der jeweils gewünschte Wert für den Andruck kann am Druckbegrenzungsventil
11 stufenlos eingestellt werden.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung
dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt,
für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen
werden.
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Patentansprüche