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Schlag-Bohreinrichtung für Großlochbohrungen
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Die Erfindung betrifft eine Schlag-Bohreinrichtung für Großlochbohrungen,
mit einem hohlen Bohrgestänge, an dessem Ende außermittig mindestens ein Tieflochhammer
angebracht ist, der durch das Bohrgestänge hindurch mit Druckfluid versorgt wird.
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Beim Herstellen von Großlochbohrungen mit einem Durchmesser von ca.
30 cm aufwärts können die üblichen Bohreinrichtungen, bei denen sich am unteren
Ende des Bohrgestänge ein Tieflochhammer befindet, dessen Durchmesser im wesentlichen
demjenigen des Bohrgestänges entspricht, nicht mehr eingesetzt werden, weil der
Durchmesser des Tieflochhammers und der Bohrkrone zu groß würde. Zum Bohren derartiger
Löcher verwendet man in weicheren Böden Spiralbohrer. Außerdem sind Bündelbohrer
bekannt, bei denen am unteren Ende des Bohrgestänges ein Hammerträger befestigt
ist, von dem mehrere Tieflochhämmer nach unten abstehen. Der Hammerträger besteht
aus einer das Bohrgestänge abschließenden Platte, die Verteilerkanäle für die zu
den Tieflochhämmern führende Druckluft aufweist. Mehrere Tieflochhämmer sind auf
einem Kreis an dem Hammerträger angeordnet,und in der Kreismitte befindet sich ein
weiterer Tieflochhammer, der weiter nach unten absteht als die auf dem Kreis befindlichen
Tieflochhämmer. Das freigeschlagene Gestein wird seitlich zwischen Bohrlochwand
und Bohrgestänge von der für den Betrieb der Tieflochhämmer benutzten Druckluft
hochgespült. Diese Bündelhämmer müssen das Gestein in ziemlich kleine Stücke zer-
kleinen,
weil sonst ein Hochspülen in dem schmalen Ringraum zwischen Bohrlochwand und Bohrgestänge
nicht möglich ist. Dies bedeutet, daß stets koaxial zum Bohrgestänge ein Tieflochhammer
zum Zertrümmern des Kernes vorgesehen sein muß. Ein Ausfall dieses mittleren Tieflochhammers
führt zu einer Betriebsstörung, weil bei ungenügender Zerkleinerung des Kerns das
Hochspülen des Gesteins nicht möglich ist.
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Jede Stelle der Bohrlochfläche muß bei jeder Umdrehung des Bohrgestänges
mindestens einmal von der Bohrkrone eines Tieflochhammers bearbeitet werden, damit
der erforderliche Zerkleinerungsgrad erreicht wird.
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Bei Drehhämmern, bei denen die Bohrkrone aus mehreren Kegeln besteht,
die sich auf der Bohrlochsohle abwälzen, ist es bekannt, an der Bohrkrone eine exzentrische
Absaugöffnung vorzusehen, die mit dem Inneren des hohlen Bohrgestänges in Verbindung
steht. Am oberen Ende des Bohrgestänges befindet sich eine Saugluftquelle, so daß
das Bohrmaterial von der Bohrlochsohle durch das Bohrgestänge hindurch abgesaugt
wird. Die Absaugung durch die untere Offnung erfolgt nach Art einer auf einer Kreisbahn
umlaufenden Schlitzdüse.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schlag-Bohreinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die einen geringeren Grad an Zerkleinerung des zertrümmerten
Gesteinsmaterials erfordert und damit gegenüber den bekannten Schlag-Bohreinrichtungen
mit derselben Anzahl an Tieflochhämmern eine größere Bohrgeschwindigkeit ermöglicht.
Außerdem sollen die Wahlmöglichkeiten bezüglich der Bestückung der Bohreinrichtung
mit Tieflochhämmern vergrößert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß
zum Hochspülen des Materials des von dem umlaufenden Tieflochhammer umkreisten Kernes
das Bohrgestänge zur Bohrsohle im wesentlichen offen ausgebildet und an seinem anderen
Ende an eine Saugluftquelle angeschlossen ist.
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Sofern mehrere Tieflochhämmer an dem Bohrgestänge angebracht sind,
bedecken diese nur einen Teil der unteren Offnung des Bohrgestänges, so daß durch
das Bohrgestänge hindurch eine Absaugung des freigeschlagenen Gesteins erfolgen
kann. Dabei braucht nicht die gesamte Fläche der Bohrlochsohle von den Bohrkronen
der Tieflochhämmer bearbeitet zu werden, sondern es genügt prinzipiell, wenn ein
einziger Tieflochhammer auf einer Kreisbahn bewegt wird und einen Ring um den in
der Mitte stehenbleibenden Bohrkern herum schlägt. Aufgrund der Erschütterungen
löst sich der Bohrkern in der Regel von selbst, so daß er anschließend als Ganzes
hochgespült werden kann. Wenn man eine zusätzliche Zertrümmerung des Bohrkernes
wünscht, kann diese durch einen gesonderten Tieflochhammer erfolgen.
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Das Gesteinsmaterial wird in dem Bohrgestänge durch die aus den Tieflochhämmern
entweichende Druckluft nach oben gedrückt und gleichzeitig durch die Saugluft gezogen.
Die Saugluft und die Druckluft ergänzen also einander, so daß selbst relativ schwere
und große Gesteinsbrocken nach oben gespült werden können.
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Im Inneren des Bohrgestänges kann die Druckluftleitung verlaufen,
an die der Tieflochhammer angeschlossen ist. Diese Druckluftleitung hat, gemessen
an der Weite des Bohrgestänges, die annähernd der GröBe des herzustellenden Bohrlochs
entspricht, einen relativ kleinen Durchmesser. Alternativ kann die Druckluftleitung
auch an der Außenseite des
Bohrgestänges entlanglaufen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist an dem Bohrgestänge
ein ringförmiger Hammerträger befestigt, der Anschlußstücke für mehrere Tieflochhämmer
sowie zu den Anschlußstücken führende Druckluftverteilerleitungen aufweist, und
daß an dem Hammerträger ein zylindrischer Mantel angebracht ist, der alle angeschlossenen
Tieflochhämmer gemeinsam seitlich umschließt. Durch den Mantel wird erreicht, daß
die Wirkung der Saugluft bis an die Bohrlochsohle herangetragen wird, so daß möglichst
keine Nebenluft aus dem Ringraum zwischen Bohrlochwand und Bohrgestänge angesaugt
wird. Die Abluft der Tieflochhämmer tritt in bekannter Weise an den Bohrkronen aus,
so daß der Schub durch die Druckluft und der Sog durch die Saugluft unmittelbar
an der Bohrlochsohle auf die Gesteinsbrocken einwirken, wodurch ein schnelles Abheben
und Abführen durch das Bohrgestänge hindurch gewährleistet ist. Auf diese Weise
wird vermieden, daß unnötige Zerkleinerungsarbeit für die Zerkleinerung von bereits
losgeschlagenem Gestein verwandt wird. Hierdurch wird die Effektivität der Schlag-Bohreinrichtung
gesteigert.
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Die Tieflochhämmer können auf einem Kranz an dem Hammerträger befestigt
sein. Der Kranz kann innen offen sein, um sowohl das Material des von dem Kranz
umgebenen Kernes als auch das entlang des Kranzes losgeschlagene Material durch
diese Öffnung hochspülen zu können. In Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden
Druckluftkapazität kann die Anzahl der auf dem Kranz befestigten Tieflochhämmer
gewählt werden. Steht viel Druckluft zur Verfügung, können viele Tieflochhämmer
an dem Hammerträger befestigt werden, so daß schneller gebohrt wird. Reicht die
Druckluftmenge nur für einen einzigen Tieflochhammer aus, so kann die Schlag-Bohreinrichtung
auch
mit diesem einzigen Tieflochhammer betrieben werden. Diejenigen Anschlußstücke des
Hammerträgers, an die kein Tieflochhammer angeschlossen ist, werden mit Dichtungsstopfen
verschlossen.
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Der ringförmige Hammerträger kann einen Quersteg mit einem Anschlußstück
für einen mittleren Tieflochhammer aufweisen.
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Der Quersteg sollte möglichst schmal sein, um den Durchgang des Gesteiranaterials
nicht zu behindern. Der mittlere Tieflochhammer dient zum Zertrümmern des Kerngesteins,
wenn es erforderlich ist, dieses Kerngestein in kleineren Stücken hochzuspülen.
Das Anschlußstück für den mittleren Tieflochhammer kann exzentrisch an dem ringförmigen
Hammerträger angeordnet sein, so daß die Bohrkrone dieses Tieflochhammers auf der
Bohrlochsohle einen Kreis beschreibt.
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Zum Austragen des Gesteins aus dem Bohrgestänge und zur Erzeugung
der erforderlichen Saugwirkung ist vorzugsweise das Bohrgestänge an seinem oberen
Ende mit einem Krümmer verbunden, in den ein an eine Druckluftquelle angeschlossenes
Venturirohr hineinragt. Aus dem Venturirohr strömt Druckluft mit hoher Geschwindigkeit
in den Krümmer hinein aus. Dadurch wird in dem Bohrgestänge in Sog erzeugt. Das
hochgespülte Gesteinsmaterial läuft an der Venturidüse vorbei und fällt nach Verlassen
des Krümmers ins Freie.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Schema einer Schlagbohreinrichtung für Großlochbohrungen
in Seitenansicht, teilweise geschnitten,
Fig. 2 in vergrößertem
Maßstab einen Längsschnitt durch das untere Ende des Bohrgestänges und den Hammerträger,
Fig. 3 eine Ansicht des Hammerträgers nach Fig. 2 mit den daran befestigten Tieflochhämmern
von unten, und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Hammerträgers in einer Darstellung,
die derjenigen der Fig. 3 entspricht.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Bohrturm 10 dargestellt, der auf dem
Erdboden 11 steht und von dem das Bohrgestänge 12 senkrecht in das Bohrloch 13 hineinragt.
An dem Bohrturm 10 befindet sich eine Winde 14 mit einem Seil 15 zum Hochziehen
der einzelnen Rohre des Bohrgestänges 12.
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Am oberen Ende des Bohrgestänges 12 greift ein Drehantrieb 16 an,
der das Bohrgestänge um seine vertikale Achse herum dreht. Der Motor des Drehantriebs
ist nicht dargestellt.
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Das Innere des Bohrgestänges ist mit einem nicht mitdrehenden U-förmigen
Rohrkrümmer 17 verbunden, aus dem das hochgespülte Gesteinsmaterial 18 herausfällt.
Die Kopplung zwischen dem Krümmer 17 und dem drehenden Bohrgestänge 12 erfolgt auf
konventionelle Weise und ist nicht detailliert dargestellt.
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In den Krümmer 17 führt seitlich eine Druckluftleitung 19 hinein,
die im Inneren des Krümmers in einer Venturidüse 20 endet. Durch die Venturidüse
20 strömt Druckluft aus, die den Krümmer 17 durch die Öffnung 21 zum Austragen des
Gesteins 18 verläßt. Die Venturidüse 20 erzeugt in dem Bohrgestänge 12 einen Unterdruck
und wirkt somit als Saugquelle zum Hochsaugen des Gesteinsmaterials in dem Bohrgestänge.
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Am unteren Ende des Bohrgestänges befindet sich der Hammerträger 22,
aus dem nach unten die Bohrkronen der einzelnen Tieflochhämmer abstehen.
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In das obere Ende des Bohrgestänges 12 führt eine Druckluftleitung
23 hinein, die mit einer im Inneren des Bohrgestänges 12 verlaufenden Leitung 24
in Verbindung steht und die Druckluft für den Betrieb der Tieflochhämmer 25, 26,
27, 28 leitet.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist das unterste Rohr des Bohrgestänges 12 mit dem
Hammerträger 22 verbunden. Dieser besteht aus einem dem Bohrgestänge 12 angepaßten
Rohrstück 29, an dessen unterem Ende sich ein Ring 30 befindet, der über der Wand
des Rohrstückes 29 teilweise nach außen und teilweise nach innen absteht. Der Ring
30 besitzt einen Ringkanal 31, der über eine Bohrung 32 mit der Druckleitung 24,
die auch durch den Rohrstutzen 29 hindurchgeht, in Verbindung steht.
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Außerdem weist der Ring 30 in gleichmäßigen Winkelabständen über seinen
Umfang verteilt Anschlußstücke 33 für Tieflochhämmer auf. Jedes der Anschlußstücke
33 besteht aus einem Gewindestutzen mit einer Längsbohrung 34 für die Zufuhr von
Druckluft für den Betrieb des Tieflochhammers. Der Tieflochhammer hat an seiner
oberen Stirnseite eine Öffnung, die an die Bohrung 34 angesetzt wird, so daß eine
direkte Druckluftverbindung von der Versorgungsleitung 24 über die Ringleitung 33
und die Bohrung 34 zu dem betreffenden Tieflochhammer 25 bis 28 besteht. Der Weg
der Druckluft ist in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet.
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Im vorliegenden Falle sind vier Anschlußstücke für Tieflochhämmer
an dem Ring 30 vorgesehen. Es können auch erheblich mehr Anschlußstücke, z.B. zehn
Anschlußstücke, vorhanden
sein, wobei der Benutzer entscheiden
kann, an welche der Anschlußstücke er Tieflochhämmer ansetzt. Die nicht benutzten
Anschlußstücke werden mit Stopfen verschlossen.
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Der Tieflochhammer 25 ist in Fig. 2 nur hinsichtlich derjenigen Teile
dargestellt, die für die vorliegende Beschreibung von Interesse sind. Eine detailliertere
Beschreibung erübrigt sich, weil Tieflochhämmer dieser Bauart bekannt sind. In dem
Zylinder 35 bewegt sich ein Kolben 36, der über Steuerleitungen 37, 38 abwechselnd
angehoben und heruntergeschlagen wird. Durch die Steuerleitungen, von denen nicht
alle dargestellt sind, wird Druckluft abwechselnd dem oberen und dem unteren Zylinderraum
zugeführt.
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Die Steuerung der Druckluft erfolgt durch einen in der Zeichnung nicht
sichtbaren Steuerkolben.
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Der Kolben 36 schlägt mit seinem nach unten gerichteten Ansatz 39
periodisch auf ein Einsatzstück 40 der Bohrkrone 41. Das Einsatzstück 40 ist ein
Sechskant, der die Funktion eines Ambosses hat und drehfest und längsbeweglich in
dem Gehäuse 42 des Tieflochhammers geführt ist. Am unteren Ende des Einsatzstückes
40 befindet sich die Bohrkrone, die aus dem Hammergehäuse 42 herausragt. An der
unteren Stirnseite des Hammergehäuses 42 tritt unmittelbar an der Bohrkrone die
Abluft des Tieflochhammers aus, d.h. diejenige Luft, die in dem Zylinder 35 die
Verschiebung des Kolbens 36 bewirkt hat und anschließend aus dem Zylinder herausgedrückt
worden ist. Diese Abluft 43 drückt das von der Bohrlochsohle losgeschlagene Gestein
aufwärts.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Hammerträger
22 vier Tieflochhämmer 25 bis 28 angeordnet, die sämtlich auf einem Kreis liegen,
der konzentrisch zur
Achse des Bohrgestänges verläuft. Beim Drehen
des Bohrgestänges durch den Drehantrieb 16 bewegen sich die Bohrkronen 41 der Tieflochhämmer
25, 26, 27 und 28 auf einem Kreis, in dessen Mitte ein Bohrkern stehenbleibt. Durch
die Erschütterungen der Schläge, die von jeder einzelnen Bohrkrone separat ausgeübt
werden, bricht der Bohrkern von der Bohrsohle ab bzw. er bricht auseinander. Die
losgelösten Gesteinsbrocken werden durch die gemeinsame Wirkung der an den Bohrkronen
41 austretenden Druckluft und der in dem Bohrgestänge 12 wirksamen Saugluft im Bohrgestänge
nach oben gezogen.
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Der Hammerträger 22 weist einen nach unten ragenden zylindrischen
Mantel 44 auf, der sicherstellt, daß die Saugluft unmittelbar über der Bohrlochsohle
wirkt.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Druckluftleitung 24 im Inneren
des Bohrgestänges 12 in direkter Berührung mit der Rohrwandung verläuft, so daß
für den Durchtritt der Gesteinsbrocken ein großer Querschnitt im Inneren des Bohrgestänges
zur Verfügung steht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist der Hammerträger 122
einen Ring 130 auf, der einen Quersteg 47 besitzt. Der Quersteg geht durch den Mittelpunkt
des Ringes 130 hindurch und trägt eine Halterung für einen weiteren Tieflochhammer
48, der dazu dient, das Gesteinsmaterial des Bohrkernes zu zertrümmern. Der Tieflochhammer
48 ist exzentrisch zu dem Kreis 130 angeordnet, d.h. er bewegt sich auf einer Kreisbahn,
die innerhalb des Kreises liegt, die von den übrigen Tieflochhämmern 125, 126, 127
und 128 beschrieben wird. An die Ringleitung 31, die im Inneren des Ringes 130 verläuft,
ist eine Leitung 131 angeschlos-
sen, die durch den Steg 47 hindurch
verläuft und zur Zufuhr von Druckluft zu dem zusätzlichen Tieflochhammer 48 dient.
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Die einzelnen Tieflochhärnmer werden mit Bohrkronen ausgestattet,
die sich für den jeweiligen Anwendungszweck am besten eignen. sei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 und 3 sind die Bohrkronen 41 als Kreuzschneider ausgebildet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Bohrkronen 125 bis
128 als Stiftbohrkronen ausgebildet, während die Bohrkrone 48 ein Kreuzschneider
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 kann eventuell der weitere
Tieflochhammer 48 auch zentrisch zum Ring 130 angeordnet sein. Bei exzentrischer
Anordnung beschreibt er jedoch einen Kreis, so daß die von ihm erfaßte Fläche größer
ist.