DE2505396C2 - Bohranlage mit einer Pumpe für hydraulischen Schreitausbau als Druckerzeuger und einem hydrostatischen Drehmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohranlage gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Die Bohrarbeit unter Tage kann verschiedenen Zwecken dienen, z. B. der Herstellung von Sprenglöchern, Ankerlöchern oder dergleichen. Sie kann auch zur Wasserlösung, zur Zementinjektion, zum Stoßtränken und gegebenenfalls auch zur Kohlegewinnung dienen. Die unterschiedliche Bohrbarkeit der vorhandenen Materialien wird durch verschiedene Arten, der Zerkleinerung auf der Bohrlochsohle, d. h. durch verschiedene Bohrverfahren, berücksichtigt. Je nach den Eigenschaften des Materials wendet man das Drehbohren, das Schlagbohren oder das Drehschlagbohren an.

Dafür gibt es Bohrmaschinen in verschiedenen Ausführungen. Die schwereren Bohrmaschinen benötigen zum Einsatz besondere Hilfsgeräte wie Bohrstützen, Bohrsäulen, Bohrschlitten, Bohrwände oder Bohrwagen. Die Bohrmaschinen werden mit Druckluft oder elektrisch angetrieben. Die druckluftbetriebenen Bohrmaschinen sind insbesondere unempfindlich gegen grobe Behandlung und gegen Feuchtigkeit,, sie sind überlastbar und lassen sich gut steuern. Außerdem erfüllen sie die Sicherheitsbestimmungen des Untertagebergbaues im Hinblick auf Funkenbildung. Sie verursachen allerdings hohe Betriebskosten, weil Druckluft eme sehr teure Energie ist. Demgegenüber stehen die ganz wesentlich geringeren Energiekosten der elektrischen Maschinen. Diese sind allerdings teuer in der Anschaffung und wesentlich schwerer als die druckluftbetriebenen Maschinen, weil auch sie die Sicherheitsbestimmungen erfüllen müssen.

Ein wesentliches Problem beim Auffahren untertägiger Strecken und Streben ist der vorhandene Platz vor Ort, der durch Arbeitsgeräte und Arbeitsbühnen, durch an- und abzutransportierendes Material sowie durch die dafür erforderlichen Transportmittel vollständig genutzt ist. Es besteht deshalb kaum die Möglichkeit, in der Nähe des Ortes Energieerzeuger für die Arbeitsmittel, z. B. Generatoren oder Drucklufterzeuger, anzuordnen. Die Energie muß deshalb über Leitungen zum Ort gebracht werden. Das bedeutet insbesondere bei Druckluftleitungen einen zusätzlichen Druck- und damit Energieverlust. Das Verlegen elektrischer Leitungen erfordert aus Sicherheitsgründen besondere Sorgfalt.

In neuerer Zeit geht man immer mehr dazu über, insbesondere die Streben durch einen hydraulischen Ausbau zu sichern. Damit ist unter anderem eine weitgehende Mechanisierung des Ausbaus unter Ausnutzung der Vorteile einer Fernsteuerung möglich. Das beim hydraulischen Ausbau verwendete Druckmittel steht an jeder Stelle des Ausbaus zur Verfügung und

besitzt erhebliche Drücke. Die Hydrauliktechnik unter Tage ist inzwischen so weit fortgeschritten, daß mit sinem hydraulischen Druckmedium Druckenergie über weite Strecken ohne wesentlichen Druckverlust übertragen werden kann.

Durch »fluid«, Nr. 11, 1972, Seiten 39—43, ist der Einsatz hydrostatischer Antriebe im bergmännischen 3ohrbetrieb an sich bekannt. Auch »Ölhydraulik und Pneumatik« 4, Nr. 12,1960, Seiten 360—365, zeigt in den Abbildungen 3 und 8 jeweils den Einsatz von Axialkolbenmotoren im Bohrbetrieb. Durch die FR-PS 5 35 245 gehört es zum Stand der Technik, eine Gesteinsbohrmaschine mit einem pneumatischen Axialkolbenmotor mit Taumelscheibe und Druckmittelzufuhr zu versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Bohrlöchern im Untertagebetrieb mittels hydraulisch angetriebener Bohrmaschinen sowohl räumliche als auch energieversorgungstechnische Engpässe für den Betrieb der Bohrmaschinen zu beseitigen.

Ausgehend von einer Bohranlage gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Druckerzeuger für das hydraulische Antriebsmedium der Bohrmaschine die Pumpe des hydraulischen Schreitausbaues und als Antrieb der Bohrmaschine ein hydrostatischer Drehmotor vorgesehen sind.

Das hat den Vorteil, daß für die Bohrarbeit die auch vor Ort ohnehin vorhandene hydraulische Energie, für die z. B. auf Arbeitsbühnen Zapfstellen vorhanden sind, genutzt werden kann. Es brauchen keine zusätzlichen Energieerzeuger in der Nähe des Ortes aufgestellt zu werden, die den geringen, zur Verfügung stehenden Platz weiter einschränken würden. Eine mit einem Hydromotor angetriebene Bohrmaschine besitzt sowohl die Vorteile der druckluftgetriebenen als auch der elektrisch angetriebenen Bohrmaschine und vermeidet deren Nachteile. Insbesondere sind die Energieverluste geringer als bei druckluftgetriebenen Maschinen. Die Sicherheitsbestimmungen lassen sich leichter erfüllen, als bei elektrisch angetriebenen Maschinen. Zusätzliche Leitungen brauchen zumindest dann nicht verlegt zu werden, wenn vor Ort eine Arbeitsbühne vorhanden ist, die Anschlüsse für das hydraulische Medium besitzt.

Bei Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist ein kompakter Aufbau möglich, wobei Reparatur- und Wartungsarbeiten erleichtert werden.

Eine Bohranlage gemäß Patentanspruch 3 kann bei kleinen äußeren Abmessungen große Leistungen abgeben.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn das Gehäuse so unterteilt wird, daß bestimmte Funktionen in jeweils einem Gehäuseteil konzentriert sind. Das erreicht man durch die Merkmale des Patentanspruches 4. Außerdem wird dadurch erreicht, daß nur ein Gehäuseteil, in der Regel das Steuergehäuse, eine komplizierte Bearbeitung erfordert, während alle anderen Gehäuseteile mit einfachen Bearbeitungsvorgängen hergestellt werden können.

Durch Ausgestaltung der Bohranlage gemäß Patentanspruch 5 läßt sich der Zu- bzw. Abfluß des Arbeitsmittels zu den Arbeitsräumen auf einfachste Weise steuern.

Die Bohranlage gemäß Patentanspruch 6 läßt sich vorteilhaft in einem zylindrischen Gehäuse unterbringen, wenn die Steuerwelle axial mit der Antriebswelle fluchtet und in einem das Gehäuse abschließenden Deckel gelagert ist (Patentanspruch 7).

Bei der Ausführungsform gemäß Patentanspruch 8 sind alle Elemente für die Verteilung und Steuerung des hydraulischen Arbeitsmittels in einem Gehäuseteil, nämlich dem Steuergehäuse, untergebracht das eine entsprechende Bearbeitung erfordert, während die übrigen Gehäuseteile sich einfacher herstellen lassen.

Wird eine Bohranlage gemäß Patentanspruch 9 gewählt, so sind die Ventile, die das hydraulische Arbeitsmittel steuern, einerseits geschützt im Steuergehäuse untergebracht und lassen sich andererseits leicht zu Wartungs- oder Reparaturzwecken entfernen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hydromotor einer Bohrmaschine, entsprechend einem Schnitt 1-1 durch den Gegenstand nach F i g. 2;

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung H-II durch den Gegenstand nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung ITI-III durch den Gegenstand nach Fig. 2;

Fig.4 einen Schnitt in Richtung IV-IV durch den Gegenstand nach F i g. 3;

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung V-V durch den Gegenstand nach F i g. 2.

Das in den Figuren dargestellte Gehäuse ist Teil einer Bohrmaschine, die im Untertagebergbau verwendet wird. Das Gehäuse besteht aus insgesamt 4 Teilen 1 —4, die alle im wesentlichen zylindrische Form besitzen und die mit ihren Stirnseiten aufeinanderliegen. An ihrem äußeren Rand besitzen die Teile 1—4 miteinander fluchtende Bohrungen 5—8 für Zuganker 9—12, die ein Gewindeende 13 besitzen, mit dem sie in eine Gewindebohrung 14 eines Deckels 15 eingeschraubt sind. Der Deckel 15 liegt auf einer Stirnseite des Teils 4 auf und schließt das Gehäuse ab.

Der Gehäuseteil 1 weist eine äußere ringförmige Schulter 16 auf, die auch als Auflager für die Köpfe 17 der Zuganker 9—12 dient. An die Schulter 16 schließt ein zylindrischer Teil 18 an, der einen geringeren Durchmesser als das Gehäuseteil 1 besitzt und der als Lager für eine Abtriebswelle 19 ausgebildet ist. Im Innern des zylindrischen Teils 18 ist ein ringförmiger Vorsprung 20 gebildet, an dessen Rändern 21, 22 sich Kugellager 23,24 abstützen.

Das Kugellager 24 ist ein Radiallager, das mit einem Federring 25, der in einer Nut 26 der Abtriebswelle 19 gehalten ist, festgelegt wird. Eine Manschette 27, die noch innerhalb des zylindrischen Teils 18 untergebracht ist, deckt das Kugellager 24 und damit das Innere des Gehäuses ab.

Das Kugellager 23 ist ein Axial-Radiallager, das zwischen dem Rand 21 und einem auf der Abtriebswelle 19 befindlichen Radialflansch 28gehalten ist.
Der Radialflansch 28 geht in eine verbreiterte Scheibe 29 über, deren untere, dem Radialflansch 28 zugewandte Seite in einer zur Achse der Abtriebswelle 19 orthogonalen Ebene angeordnet ist und deren obere Seite eine Ringfläche 31 bildet, die unter einem Winkel zur Achse der Abtriebswelle 19 angeordnet ist. Auf der Ringfläche 31 ist ein Axialkugellager 32 angeordnet, das mit einer Ringscheibe 33, die mit einem Federring 34 festgelegt ist, gehalten wird. Der Federring 34 sitzt in einer Nut 35. die in Höhe des Axialkugellagers 32 auf einem zylindrischen Teil 36 der Scheibe 29 angeordnet ist. Dei zylindrische Teil 36 steht senkrecht auf der von der Ringfläche 31 gebildeten Ebene und besitzt einen geringeren Durchmesser als diese. Von dem zylindrischen Teil 36 erstreckt sich ein ebenfalls zylindrischer

Teil 37 konzentrisch zur Achse der Abtriebswelle 19 in das Gehäuseinnere.

Dieser zylindrische Teil 37 ist in einer inneren, zur Achse der Abtriebswelle 19 konzentrischen Öffnung 38 des Gehäuseteils 2 gelagert. Ein in einer Ringnut 39 des zylindrischen Teils 37 angeordneter Dichtring 40 dichtet die öffnung 38 gegen das Innere des Gehäuseteils 1 ab. Im Gehäuseteil 2 sind auf einem zur Achse der Abtriebswelle 19 konzentrischen Kreis insgesamt sechs Bohrungen 41 —46 angeordnet, die als Führung für darin verschiebliche Kolben 47, 48 dienen. Die Kolben besitzen abgerundete untere Stirnflächen 49, 50, mit denen sie auf dem Axialkugellager 32 aufliegen, das die Kolbenkräfte auf die als Taumelscheibe wirkende Ringfläche 31 überträgt und diese bei entsprechender Steuerung der Kolbenkräfte zusammen mit der Abtriebswelle 19 in Drehung versetzt.

Die Bohrungen 41—46 durchsetzen sowohl den Gehäuseteil 2 als auch den Gehäuseteil 3. Zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Gehäuseteil 3 sind Druckringe 51, 52 vorgesehen, die in Ausnehmungen 53, 54 an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseteile 2 bzw. 3 angeordnet sind und die die Kolben 47, 48 umschließen. Unterhalb der Druckringe 51, 52 ist in der Ausnehmung 54 des Teils 2 je ein Dichtring 55 untergebracht und oberhalb der Druckringe 51, 52 befindet sich in der Ausnehmung 53 eine Dichtmanschette 56. Die Druckringe 51, 52 besitzen radiale Bohrungen 57, die mit einem radialen Kanal 58, der zur Außenseite des Gehäuses führt, in Verbindung stehen.

\m Gehäuseteil 3 befinden sich auch Anschlüsse für den Zu- und Abfluß des hydraulischen Druckmittels. Diese Anschlüsse bestehen aus radialen Gewindebohrungen 59,60, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Teils 3 befinden. An die Gewindebohrung 59 schließt eine in axialer Richtung verlaufende Bohrung 61 an, die an der dem Teil 4 benachbarten Stirnseite des Teils 3 endet. Die Gewindebohrung 60 geht in eine radiale Bohrung 62 mit geringerem Durchmesser über, an die eine axiale Bohrung 63 anschließt, die sich in der gleichen Richtung wie die axiale Bohrung 61 erstreckt und die sich durch den Gehäuseteil 4 fortsetzt.

Über die Gewindebohrung 59 fließt das hydraulische Arbeitsmittel über die Bohrung 61 in einen an der unteren Stirnseite des Gehäuseteils 4 angeordneten Ringkanal 64, der beiderseits von Ringdichtungen 65,66 begrenzt ist und über den das hydraulische Arbeitsmittel verteilt wird.

Ein ähnlicher Ringkanal 67 an der Unterseite des Deckels 15, der ebenfalls von Ringdichtungen 68, 69 begrenzt ist, sammelt das verbrauchte Arbeitsmittel und leitet es über die axiale Bohrung 63 und die radiale Bohrung 62 zur Gewindebohrung 60, über die es abfließen kann.

Das Gehäuseteil 4 ist als Steuergehäuse ausgebildet. In ihm sind Ventile, die den Zu- und Abfluß des hydraulischen Arbeitsmittels steuern, untergebracht. Die oberen Enden der sechs Bohrungen 41—46 bilden Arbeitsräume 70, 71 für die Kolben 47, 48. Die Arbeitsräume 70, 71 sind von der unteren Stirnseite des Gehäuseteils 4 begrenzt. Dichtungsringe 72, 73 zwischen den Gehäuseteüen 3 und 4 verhindern den Austritt des Arbeitsmittels.

Entsprechend der Anzahl der Bohrungen 41—46 befinden sich im Gehäuseteil 4 axiale Kanäle 74, 75, die zu den Arbeitsräumen 70, 71 hin offen sind. Diese Kanäle 74,75 verbinden jeweils zwei in axialer Richtung übereinander angeordnete radiale Bohrungen 76, 77 im Gehäuseteil 4. Die Bohrungen 76,77 sind untereinander gleich ausgebildet. In ihnen sind Hülsen 78, 79 angeordnet, deren mit Außengewinde 80 versehenes Ende in einer mit Innengewinde versehenen Erweite-

_s rung 81 der Bohrungen 76,77 gehalten ist.

Die Hülsen 78, 79 besitzen einen zylindrischen Hohlraum 82, der auf der radial außenliegenden Seite mit einem Gewindestopfen 83 verschlossen ist. Das radial innen angeordnete Ende 84 der Hülsen ist als

κ, Kugelsitz für eine Kugel 85 ausgebildet, die vor einer den Kugelsitz durchdringenden Öffnung 86 liegt. In den Kugelsitz ragt eine Steuernadel 87, die in einem am Grund der Bohrung 76 bzw. 77 angeordneten Führungsstück 88 gelagert ist. Das Führungsstück 88

, 5 liegt auf einer Seite 89 auf, die am Grund der Bohrung 76 bzw. 77 angeordnet ist. Dichtungen 90, 91 am Führungsstück 88 dichten den Grund der Bohrung 76 bzw. 77 gegen das Arbeitsmittel ab.

Das Ende 92 der Steuernadeln 87 ragt durch eine koaxial zur Bohrung 76 bzw. 77 angeordnete Bohrung

93 in den Innenraum 94 des Gehäuseteils 4. Der Durchmesser der Bohrung 93 ist so gewählt, daß die Steuernadeln 87 darin verschieblich sind. Im Innenraum

94 sind auf einer Steuerwelle 95 in Höhe der Steuernadeln 87 Exzenter 96, 97 angeordnet, die bei Drehung der Steuerwelle 95 die Lage der Steuernadeln 87 steuern. Die Steuerwelle 95 ist koaxial zur Antriebswelle 19 angeordnet und mit dieser bzw. mit der darauf befestigten Scheibe 29 durch eine Nut-Federverbindung 98 verbunden. Am anderen Ende weist die Steuerwelle einen Zapfen 99 auf, der in einer Lagerbuchse 100 im Deckel 15 gelagert ist.

Der Exzenter 96 steuert den Zufluß des hydraulischen Arbeitsmittels zu den Arbeitsräumen 70, 71. Wenn der Exzenter 96 über die entsprechende Steuernadel 87 die betreffende Kugel 85 von ihrem Sitz abhebt, kann das hydraulische Arbeitsmittel vom Einlaß 59 über die axiale Bohrung 61 und den Ringkanal 64 in den axialen Kanal 74 und von dort über Öffnungen 101, die sich auf dem Umfang der Hülse 78 befinden, in den Innenraum 94 der Hülse strömen. Von dort gelangt es durch die Öffnung 86 im Kugelsitz in einen Zwischenraum 102 zwischen der Hülse 78 und dem zugeordneten Führungsstück 88. Der Zwischenraum 102 steht mit dem Kanal 73 bzw. 74 in Verbindung, so daß das Arbeitsmittel in den Arbeitsraum 70 bzw. 71 einströmen kann.

Bei weiterer Drehung des Exzenters 96 wird die betreffende Steuernadel 87 von ihrer Kugel 85, auf der der Druck des hydraulischen Arbeitsmediums lastet, so

so weit in den Innenraum 94 des Gehäuseteils 4 zurückgeschoben, daß die Kugel 65 sich auf ihren Kugelsitz auflegt und diesen abdichtet.

Danach hebt der Exzenter 97 über die entsprechende Steuernadel 87 die Kugel 85 im darüber befindlichen Ventil. Die Hülsen 79 in den Bohrungen 77 sind langer als die Hülsen 78 in den Bohrungen 76, so daß die Kanäle 73 bzw. 74 vor Öffnungen 103 am Umfang der Hülsen 79 enden. Dadurch kann das Arbeitsmittel bei der Ausstoßbewegung der Kolben 47 bzw. 48 aus den Arbeitsräumen 70 bzw. 71 über die Kanäle 73 bzw. 74 in den Innenraum der Hülsen 79 strömen und gelangt von dort über die Bohrung 86 im Kugelsitz in den Zwischenraum 104 zwischen Hülse 79 und Führungsstück 88. Dieser Zwischenraum 104 steht in Verbindung mit axialen Kanälen 105 bzw. 106, die am Ringkanal 67 enden. Der Ringkanal 67 sammelt das verbrauchte Arbeitsmittel und leitet es über die axiale Bohrung 63 zum Abfluß 60.

Die Exzenter 96, 97 bestehen aus auf die Steuerwelle 95 aufgesetzten Ringen, deren Achsen 107, 108 bezüglich der Achse 109 der Steuerwelle 95 in entgegengesetzten Richtungen um den gleichen Betrag versetzt sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Bohranlage für die Hersteilung von Bohrlöchern im Untertagebetrieb in Verbindung mit durch einen hydraulischen Schreitausbau gesicherten Streben oder Strecken, die aus einer Pumpe für ein hydraulisches Antriebsmedium und mindestens einer von dieser beaufschlagten, über Leitungen mit ihr verbundenen Bohrmaschine besteht, die einen Hydromotor zum Antrieb einer Welle für das Drehen eines Bohrwerkzeugs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckerzeuger für das hydraulische Antriebsmedium der Bohrmaschine die Pumpe des hydraulischen Schreitausbaues und als Antrieb der Bohrmaschine ein hydrostatischer DrehiTiotor vorgesehen sind.

2. Bohranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor in einem mehrteiligen Gehäuse (1—4, 15) untergebracht ist, dessen Teile durch Zuganker (9—12) zusammengehalten sind und das ein Lager (23,24) für die Welle (19) aufweist.

3. Bohranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem im Gehäuse des Hydromotors befindlichen Wellenende eine Taumelscheibe (29) angeordnet ist, auf die vom Arbeitsmedium beaufschlagte Kolben (47,48) einwirken, deren Längsachsen parallel zur Wellenachse (109) angeordnet sind und die in Bohrungen (41 —46) eines Gehäuseteils (2, 3) geführt sind.

4. Bohranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (41—46) Arbeitsräume (70, 71) für die Kolben (47, 48) bilden, und daß die Arbeitsräume (70, 71) mit einem an das Gehäuseteil (3) anschließenden Steuergehäuse (4) abgeschlossen sind, das über jedem Arbeitsraum (70, 71) einen Kanal (73, 74) für den Zu- und Abfluß des Arbeitsmediums aufweist.

5. Bohranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (73, 74) zwei im Steuergehäuse (4) untergebrachte Ventile (78, 79) verbindet, wobei jeweils die Einlaßseite des einen Ventils (79) mit der Auslaßseite des anderen Ventils (78) verbunden ist.

6. Bohranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (78, 79) Kugelsitzventile sind, deren Kugeln (85) durch das Arbeitsmedium auf ihren Sitz gepreßt und durch Steuernadeln (87) von ihrem Sitz abgehoben werden, wobei die in radialer Richtung zur Wellenachse (109) verschieblichen Steuernadeln (87) von Exzentern (96, 97) gesteuert sind, die auf einer mit der Antriebswelle (19) verbundenen Steuerwelle (95) angeordnet sind.

7. Bohranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwelle (95) axial mit der Antriebswelle (19) fluchtet und in einem das Gehäuse abschließenden Deckel (15) gelagert ist.

8. Bohranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Steuergehäuses (4) Ringkanäle (64,67) für den Zu- bzw. Abfluß des Arbeitsmittels zu bzw. von den Ventilen (78, 79) angeordnet sind, und daß die Ringkanäle (64,67) über axiale Gehäusebohrungen (61, 63) mit Anschlußleitungen (59, 60) verbunden sind.

9. Bohranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile aus Hülsen (78, 79) bestehen, die in radialen Bohrungen (76, 77) des Steuergehäuses (4) angeordnet sind und deren im Gehäuse untergebrachtes Ende (84) den Sitz für die innerhalb der Hülse (78, 79) bewegliche Kugel (85) bildet, und daß das Hülseninneie über öffnungen (102,103) im Hülsenmantel mit den Kanälen (73,74) verbunden ist.

10. Bohranlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmedium für den Hydromotor öl, Ölemulsion oder Wasser, vorzugsweise Leitungswasser, vorgesehen ist.