DE2653185C3 - Richtungssteuerbare Versenkbohrmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine richtungssteuerbare Versenkbohrmaschine, die an ein Bohrgestänge anschließbar ist und einen Drehantrieb, einen Drehbohrmeißel sowie eine durch ein fließfähiges Medium betätigbare, mit einer eigenen Steuerleitung versehene Richtungssteuerung aufweist, welche mindestens ein quer zur Maschinenlängsachse ausfahrbares Element und mindestens eine Kolben-Zylinder-Einrichtung umfaßt.

In Kohlenflözen oder Gesteinsflözen werden zum Zwecke des Abzugs eingeschlossener Gase, zum Auskundschaften der Erdkruste und dergleichen Löcher gebohrt. Während eines derartigen Bohrvorgangs kann es notwendig werden, die Bohrrichtung wegen geologischer Bedingungen oder Bohrbedingungen zu ändern.

Im Falle einer Änderung der Bohrrichtung während des Fortschreitens des Bohrens war es meist üblich, das Bohrwerkzeug aus der Bohrung herauszuziehen, um Bohrrohr und Drillbohrereinsatz trennen zu können zwecks Einstellung einer Hilfsabwinklung um den für die Steuerung der Bohrrichtung erforderlichen Winkel. Erst nach einem Einstellen der Hilfsabwinklung und einem Zusammenbau der Einzelteile konnte der Bohrvorgang fortgesetzt werden.

Aus den US-Patentschriften 27 96 234 und 28 91 769 sind Richtungsbohrwerkzeuge bekannt, bei denen bei einer Ausführungsform ein Bohren in einer gewünschten Richtung dadurch bewirkt wird, daß man hydraulisch Arme und Rollen bis zu einem gesteuerten Ausmaß aus dem Bohrrohr ausfährt, und bei einer anderen Ausführungsform ein Bohrrohr vorgesehen ist, das in verschiedenen Höhen mit zwei Führungseinrichtungen versehen ist, von denen jede aus vier Führungsrollen besteht. Die gwünschte Steuerung der Bohrrichtung wird dadurch bewirkt, daß man die einzelnen Führungsrollen aus ihrer jeweiligen Ruhestellung um ein durch geeignete hydraulische Einrichtungen gesteuertes Ausmaß ausfährt.

Bei diesen Bohrwerkzeugen wird jedoch der hydraulische Druck zur Erzeugung der Drehung des Drillbohrereinsatzes sowie der Druck zur Herbeiführung des Ausfahrens der Arme oder Rollen durch eine gemeinsame Quelle hervorgerufen. Infolgedessen sind die Hydrauliksysteme in den bekannten Werkzeugen sehr kompliziert. Da die Arme oder Rollen immer von der Oberfläche des Sohrrohrs herausragen, besteht ferner die Gefahr einer Zerstörung, wenn die durch die Werkzeuge gebohrten Löcher einen kleinen Durchmesser haben. Darüber hinaus besteht wegen der herausragenden Teile die Möglichkeit einer Funktionsstörung sowie die Gefahr einer Verhinderung eines Biegens, wenn dieses erwünscht ist, und eines Herbeiführens eines Biegens, wenn dieses nicht erwünscht ist.

Aus der DE-PS 8 70 383 sowie DE-OS 24 41 553 sind richtungssteuerbare Versenkbohrmaschinen bekannt. Die Richtungssteuerung wird durch ein durch ein fließfähiges Medium seitlich ausfahrbares Element und eine Kolben-Zylinder-Einrichtung bewirkt, wobei eine eigene Steuerleitung für die Richtungssteuerung vorgesehen ist. Der Aufbau dieser Bohrmaschinen ist vergleichsweise kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer im Aufbau einfachen und wirkungsvollen richtungssteuerbaren Versenkbohrmaschine, die eine sichere Änderung der Bohrrichtung in eine neue, gewünschte Richtung mittels eines einfachen Mechanismus ermöglicht

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß die Richtungssteuerung von einem Paar axial angeordneter Kolben-Zylinder-Einrichlungen, deren Kolben an ihrem Vorderende mit einer Schrägfläche versehen sind, und einem Paar Rollen gebildet ist, deren Längsachse quer zur Maschinenlängsachse angeordnet ist und die bis in den Querschnitt des Maschinengehäuses zurücksetzbar sowie über die an mit ihnen verbundene Hilfsrollen angreifenden Schrägflächen der Kolben ausfahrbar sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Versenkbohrmaschine sieht vor, daß das Rollenpaar im Innern des Bohrkopfes gelagert und mittels Federn abgestützt ist.

Durch die Ausbildung von Rollen zur Richtungssteuerung wird eine Versenkbohrmaschine mit einem besonders einfachen Aufbau geschaffen, und zwar ohne Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit und der präzisen Funktionsweise der Maschine. Im Betrieb rotiert durch Zufuhr von Druckluft zum Drehantrieb der an der Bohrkopfspitze angeordnete Drehantrieb und bohrt ein Loch in ein Mineralflöz. Muß im Verlauf des Bohrvorgangs die Bohrrichtung geändert werden, wird die erforderliche Änderung in der Bohrrichtung durch Zufuhr von Druckluft zur Steuerung der Bohrrichtung zum Zylindereinrichtungspaar herbeigeführt, wodurch die Kolben vorwärts bewegt werden und folglich die Schrägflächen an den vorderen Kolbenenden das Rollenpaar aus der eingefahrenen Stellung in den Seiten des Bohrkopfs ausfahren, wobei die jeweiligen Rollen in Druckkontakt mit der inneren Wand des bereits gebohrten Lochs gebracht werden, derart, daß der Bohrkopf um einen für die gewünschte Änderung der Drehrichtung geeigneten Winkel geneigt wird. Die richtungssteuerbare Versenkbohrmaschine gemäß der Erfindung ist derart aufgebaut, daß das Rollenpaar an gegenseitig versetzten Stellen von gegenüberliegenden Seiten des Bohrkopfs durch Betätigen des Zylindereinrichtungspaars und des Kolbeneinrichtungspaars herausgedrückt werden. Darüber hinaus wird die Druckluft für das Bohren getrennt von der Druckluft für das

Steuern der Drehrichtung zugeführt.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen richtungssteuerbaren Versenkbohrmaschine,

F ig. 2 ein? teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht eines Bohrkopfs der Versenkbohrmaschine gemäß F ig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt längs IV-IV der F i g. 2, und

Fig.4 eine erläuternde Darstellung, aus der die Änderung der Bohrrichtung während des Bohrens hervorgeht

Bei der richtungssteuerbaren Versenkbohrmaschine gemäß Zeichnung ist ein Bohrkopf 1 mit dem vorderen Ende einer Bohrstange 2 mittels eines Univeijalgelenks 3 verbunden, das durch einen Stift 4 in jeder Richtung frei beweglich gehalten wird, in der der Bohrkopf 1 geneigt werden soll. Der Bohrkopf 1 ist am vorderen Ende seines Hauptkörpers 5 mit einem Drehmeißel 6 und am hinteren Ende des Hauptkörpers 5 mit hinteren Backen versehen. Der Hauptkörper 5 weist zum Bohren in seinem Innern einen pneumatischen Drehantrieb 8, beispielsweise einen durch Druckluft betriebenen Motor, sowie eine Geschwindigkeitsreduziereinrichtung 9 auf, die zur Verlangsamung des pneumatischen Drehantriebs 8 dient. Der Drehmeißel 6 ist stationär am vorderen Ende einer umlaufenden Welle 10 befestigt, die über die Geschwindigkeitsreduziereinrichtung 9 mit dem Drehantrieb 8 verbunden ist.

Wie in Fig.2 dargestellt, ist an einer Seite des Bohrkopfs 1 eine erste Richtungssteuerung 11 für die Richtungsänderung während des Bohrvorgangs angeordnet sowie eine zweite ähnlich ausgebildete Richtungssteuerung 1Γ an der gegenüberliegenden Seite des Bohrkopfs 1, und zwar in einer Entfernung von der ersten Richtungssteuerung 11 versetzt. Das Richtungssteuerungspaar 11,11' weist Rollen 14,14' auf, die innerhalb der Ausnehmungen 13,13' frei hervorstehen könnp", die an gegenüberliegenden Seiten des Bohrkopfs 1 ausgebildet sind, und zwar von einer einen Teil des Hauptkörpers 5 des Bohrkopfs 1 bildenden Mittelwand 12 aus in entgegengesetzten Richtungen in einer Entfernung voneinander. Der Bohrkopf 5 weist ferner Zylindereir.richtungen 15, 15' auf, die dazu dienen, die Rollen 14,14' aus den Ausnehmungen 13,13' herauszudrücken. Die der ersten Richtungssteuerung 11 zugeordnete Zylindereinrichtung 15 enthält einen Zylinder 17, der frei gleitend in einem kolbenartigen Fluid zur Richtungssteuerung mündet in eine Zylinderkammer 18, die den kolbenartigen Teil 16 und den Zylinder 17 umfaßt. Am vorderen Ende des Zylinders 17 ist ein Druckteil 21 angebracht, der mit einer Schrägfläche 22 versehen ist, die Schrägfläche 22 ist so ausgebildet, daß bei Bewegung des Zylinders 17 in Pfeilrichtung gemäß Zeichnung durch den Druck der unter Druck in die Zylinderkamr-"- t8 zugeführten Luft die Schrägfläche 22 gegen an beiden Seiten der Rolle 14 angeordnete Hilfsrollen 20 anstößt und einen Druck ausübt, durch den die Rolle 14 aus der Ausnehmung 13 herausgedrückt wird.

Die Zylindereinrichtung 15' der zweiten Richtungssteuerung 1Γ und die Zylindereinrichtung 15 sind bezüglich der Mittelwand 12 symetrisch angeordnet, und die Zylindereinrichtung 15' weist einen dem der Rolle 14 ähnlichen Mechanismus auf. und es ist der Druckteil IY mit seinem einen Ende an der umlaufenden Welle 10 gelagert und an seinem anderen Ende mit einer Schrägfläche 22' versehen, derart, daß diese an Hilfsrollen 20' der Rolle 14' anstößt Die Rollenachsen 23, 23' der Richtungssteuerrollen 14, 14' sind in ihrer Anordnung jeweils durch Rückstellfedern 24, 24' abgestützt, die gegen den Hauptkörper 5 des Bohrkopfs 1 vorgespannt anliegen. Die komprimierte Luft zur Richtungssteuerung wird unabhängig von der komprimierten Luft für den Bohrvorgang von einer längs der Bohrstange 2 angeordneten Zuführleitung geringen Durchmessers (nicht dargestellt) durch eine in einem seitlichen Abstand des Hauptkörpers 5 des Bohrkopfs 1 ausgebildete öffnung in das Zuführrohr 19 zugeführt

Am vorderen Ende des Bohrkopfs 1 mündet eine Ausströmöffnung 26 gemäß F i g. 1 zum Ausströmen von Wasser, das von einem (nicht dargestellten) längs der Bohrstange 2 und über die umlaufende Welle 10 angeordneten (nicht dargestellten) Wasserzuführrohr zugeführt wird. An der Außenfläche des Hauptkörpers 5 des Bohrkopfs 1 ist eine längliche Nut 27 vorgesehen, die einen Kanal für die Ableitung des Wassers nach einem Ausströmen aus der Ausströmöffnung 26 bildet, das zur Kühlung des Drehbohrmeißels 6 während des Bohrvorgangs dient und nunmehr den Bohrschlamm trägt.

Sei der richtungssteuerbaren Versenkbohrmaschine der vorstehend beschriebenen Art wird der gewünschte Bohrvorgang durch Betätigen des Drehantriebs 8 mittels Zufuhr der komprimierten Luft unter Druck für das Bohren über die Bohrstange 2 durchgeführt, wodurch der Drehantrieb 8 die umlaufende Welle 10 und folglich den an der vorderen Spitze angebrachten Drehbohrmeißel 6 dreht Ist eine Änderung der

>■> Bohrrichtung erforderlich, wird die komprimierte Luft zur Steuerung der Richtung unter Druck vom Zuführrohr 19 zu den Zylinderkammern 18, IS' zugeführt. Das so zugeführte komprimierte Fluid bewirkt, daß die Zylinder 17, 17' sich jeweils in durch

w Pfeile angedeutete Richtungen bewegen, wobei bewirkt wird, daß die Schrägflächen 22,22' der Druckteile 21,21' gegen die Hilfsrcllen 20, 20' anstoßen und diese wegdrücken. Infolgedessen werden die Richtungssteuerungsrollen 14,14' aus ihren jeweiligen Ausnehmungen

•i^r> 13,13' herausgedrückt, bis diese mit der Oberfläche des gerade gebohrten Bohrlochs in Kontakt kommen. Die Kraft, mit der die Steuerrollen 14, 14' gegen die Oberfläche des Bohrlochs angedrückt werden, bewirkt, daß die Bohrkopfspitze ein Moment in einer durch den

^ri() Pfeil angedeuteten Richtung erzeugt, was die gewünschte Änderung der Drehrichtung herbeiführt (F i g. 4).

Die Drehung des Bohrkopfs 1 wird während der Änderung der Drehrichtung unterbrochen, da der Bohrkopf 1 durch ein Gelenk 3 derart angeschlossen ist, daß er in jeder Richtung frei beweglich ist, in der die Änderung der Drehrichtung erfolgt und gleichzeitig der Drehbohrmeißel 6 mittels des innerhalb des Bohrkopfs 1 angeordneten Drehantriebs 8 gedreht wird. Somit kann die Bohrrichtung des Bohrkopfs 1 aufgrund des

bo Vorstehens der Richtungssteuerungsrollen 14, 14' in eine vorgegebene Richtung geändert werden.

Wird die Zufuhr der Druckluft zur Richtungssteuerung abgesetzt, werden die Zylinder 17, 17' in ihre ursprüngliche Stellung durch die Rückstellkraft der

b^r> Federn 24, 24' zurückgeführt, und die Richtungssteuerrollen 14,14' gelangen ebenfalls durch die Federn 24,24' in ihre eingefahrene Stellung. Somit kann der Bohrkopf 1 in der neu festgelegten Richtung wieder vorwärts

schreiten.

Wie oben beschrieben, kann die richtungssteuerbare Versenkbohrmaschine gemäß der Erfindung eine gewünschte Änderung der Bohrrichtung mittels der Richtungssteuerung mit einem sehr einfachen Aufbau ausgeführt werden. Ferner ermöglicht das Bohrwerkzeug eine sichere und präzise Betriebsweise, da die Druckluft für den Bohrvorgang und die Druckluft für die Richtungssteuerung über separate Strömungswege zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Richtungssteuerbare Versenkbohrmaschine, die an ein Bohrgestänge anschließbar ist und einen Drehantrieb, einen Drehbohrmeißel sowie eine durch ein fließfähiges Medium betätigbare, mit einer eigenen Steuerleitung versehene Richtungssteuerung aufweist, welche mindestens ein quer zur Maschinenlängsachse ausfahrbares Element und mindestens eine Kolben-Zylinder-Einrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungssteuerung von einem Paar axial angeordneter Kolben-Zylinder-Einrichtungen (16, 15; 16', 15'), deren Kolben (16; 16') an ihrem Vorderende mit einer Schrägfläche (22; 22') versehen sind, und einem Paar Rollen (14; 14') gebildet isi, deren Längsachse quer zur Maschinenlängsachse angeordnet ist und die bis in den Querschnitt des Maschinengehäuses zurücksetzbar sowie über die an mit ihnen verbundene Hilfsrollen (20; 20') angreifenden Schrägflächen (22; 22') der Kolben (16; 16') ausfahrbar sind.

2. Versenkbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollenpaar (14; 14') im Innern des Bohrkopfes (1) gelagert und mittels Federn (24; 24') abgestützt ist.