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Luftzufuhr zu einem Bohrstrang-Aggregat
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft
zu einem pneumatisch zu betätigenden, in einem Bohrstrang angeordneten Aggregat,
insbesondere einem Erweiterungsbohrkopf, Unterschneider od.dgl.
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Beim Niederbringen von Bohrungen ist es in vielen Fällen erwünscht
oder notwendig, zusätzliche Arbeitsgänge auszuführen, beispielsweise ein Erweitern
oder ein Unterschneiden des Bohrloches in einer bestimmten Tiefe. Dazu werden im
Bohrstrang entsprechende Aggregate oder Zusatzeinrichtungen vorgesehen, die jeweils
aus einem Zustand in einen anderen Zustand überführt werden können, so z.B.
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aus einer Ruheposition für ein Werkzeug in eine Betriebs-Position
desselben und umgekehrt. Derartige Einrichtungen lassen sich mit Vorteil pneumatisch
betätigen, insbesondere dann, wenn Druckluft ohnehin zur Verfügung steht
bzw.
auch noch für einen anderen Zweck benötigt wird, etwa für ein Bohren nach dem Lufthebe-Prinzip.
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Es ist ein Erweiterungsbohrkopf bekannt (DE-PS15 33 618), der wenigstens
einen mittels einer Kolben--Zylinder-Einrichtung schwenkbaren, ein Bohrwerkzeug
tragenden Arm aufweist. Die Enden des Betätigungszylinders sind dabei mit zwei getrennten
Luftleitungen verbunden, die am Bohrstrang entlanggeführt sind und von denen jede
mittels einer über Tage befindlichen Einrichtung wahlweise an eine Druckluftquelle
angeschlossen werden kann. Durch ein Umschalten der beiden vorhandenen Luftleitungen
kann sowohl das Ausschwenken als auch das Einschwenken der Arme des Erweiterungsbohrkopfes
durch Druckluft bewirkt werden.
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Eine sehr günstige Ausführung dieses Bohrkopfes ermöglicht es außerdem,
die durch die eine oder durch die andere der beiden Leitungen zuführbare Druckluft
nicht nur zum Bewegen der Arme mit den Werkzeugen zu verwenden, sondern sie auch
zur Durchführung des Lufthebe-Bohrens zu benutzen.
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Zu diesem Zweck ist ein Ventil vorgesehen, das in Öffnungsstellung
einen Durchlaß von dem einen Zylinderraum zu dem anderen Zylinderraum der Kolben-Zylinder-Einrichtung
freigibt, derart, daß dann die Luft in einer der ausgeschwenkten Position der Arme
des Erweiterungsbohrkopfes entsprechenden Endstellung des Kolbens nacheinander durch
beide Zylinderräume strömen kann und anschließend in das Innere
des
Bohrgestänges einführbar ist. Das die Verbindung zwischen beiden Zylinderräumen
in einer Endstellung des Kolbens herstellende Ventil wird dabei durch einen Stössel
in Abhängigkeit von der Kolbenstellung mechanisch betätigt. Bei eingeschwenkten
Armen des Erweiterungsbohrkopfes kann Druckluft, die nun durch die andere der beiden
Leitungen zuströmt, einerseits zur Durchführung des Lufthebe-Bohrens ins Gestänge
gelangen und andererseits zugleich auch auf den Kolben der Betätigungseinrichtung
wirken, um diese in der Endposition zu halten, während die andere Luftleitung über
Tage zur Außenluft hin geöffnet ist.
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Für eine Einrichtung dieser Art wurden bisher zwei getrennte Luftleitungen
benötigt, die sich von der Ausrüstung über Tage am ganzen Bohrgestänge entlang bis
zu der meist in der Nähe des unteren Endes des Bohrstranges angeordneten Einrichtung
mit dem Betätigungszylinder erstrecken. Der Bohrstrang bestand dabei normalerweise
aus einem sog. Flansch-Bohrgestänge mit zwei außen angeordneten Luftrohren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, um ein Aggregat
der erläuterten Art oder eine sonstige Einrichtung, die zwei Luftanschlüsse aufweist,
von denen jeder wahlweise mit einer Druckluftquelle zu verbinden sein soll, auch
dann einsetzen zu können, wenn am Bohrstrang
nur eine Luftleitung
zur Verfügung steht, über die von einer über Tage befindlichen Station aus Druckluft
herangeführt werden kann. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Verwendbarkeit
eines sog. Doppelwand-Bohrgestänges, bei dem nur ein Luftleitungsweg in Gestalt
des zwischen Außenrohr und Innenrohr befindlichen Ringraumes vorhanden ist. Bei
alledem strebt die Erfindung vorteilhafte Ausbildungen einer die genannte Forderung
erfüllenden Vorrichtung an. Mit der Gesamtaufgabe in Verbindung stehende weitere
Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung
der aufgezeigten Lösung.
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Die Erfindung sieht zum Zuführen von Luft zu einem pneumatisch zu
betätigenden Aggregat ein Ventil mit wenigstens drei getrennten Anschlüssen vor,
von denen ein Anschluß der am oder im Bohrstrang verlaufenden Luftzuleitung zugeordnet
ist, während zwei andere Anschlüsse für zwei Luftwege bestimmt sind, an die das
pneumatisch zu betätigende Aggregat anschließbar ist, wobei das Ventil ein mittels
Stellantriebs umschaltbares Ventilglied mit wenigstens zwei Betriebspositionen aufweist,
in denen jeweils die Luftzuleitung entweder mit dem einen Luftweg oder mit dem anderen
Luftweg in Verbindung steht.
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Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich gemacht, auch bei
Vorhandensein nur einer Luftzuleitung am Bohrstrang
ein Aggregat
im Bohrloch zu betreiben, das zwei Anschlüsse aufweist, von denen jedem wahlweise
Druckluft zuführbar sein soll. Insbesondere kann in derartigen Bedarfsfällen nun
auch mit einem Doppelwand-Bohrgestänge gearbeitet werden. Das Ventil kann je nach
den Gegebenheiten und Erfordernissen an einer passenden Stelle im Bohrstrang angeordnet
sein. Es ist dann lediglich erforderlich, von dem Ventil bis zu dem zu betätigenden
Agggregat od.dgl. zwei Luftwege vorzusehen.
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Für die Ausbildung des Stellantriebs, seine Energieversorgung und
Betätigung oder Steuerung bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann der Stellantrieb
u.a. elektrisch betätigt werden. Weiterhin ist eine Fernsteuerung für den Stellantrieb
auf verschiedene Weise durchführbar, u. a.
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auch durch drahtlose Übermittlung von Auslöse- oder Steuerkommandos.
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Insbesondere sieht die Erfindung einen pneumatischen Stellantrieb
vor, der mit Luft aus der Luftzuleitung des Bohrstranges beaufschlagbar ist. Dabei
wird die ohnehin vorhandene Energie auch für den Stellantrieb ausgenutzt.
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Zugleich ist dabei die weitere vorteilhafte Möglichkeit einer einfachen
Steuerung gegeben. Die Ausführung läßt sich erfindungsgemäß so treffen, daß durch
Wegnehmen des Drukkes in der Luftzuleitung und durch erneute Beaufschlagung
mit
Druckluft die Betätigung des Stellantriebs und damit das Umschalten des Ventils
bewirkt wird. Die Druckentlastung und erneute Druckbeaufschlagung der Luft zuleitung
kann über Tage auf einfache Weise mit einer Steuereinrichtung geschehen, die meist
ohnehin vorhanden ist.
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Der Stellantrieb kann eine rotativ oder linear arbeitende Einrichtung
sein. Zweckmäßig wird er durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gebildet. Ein Zylinderraum
einer solchen Einheit kann an einen Luft speicher angeschlossen sein, namentlich
dann, wenn dem anderen Zylinderraum Luft aus der Luftzuleitung des Bohrstranges
zuführbar ist.
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Unabhängig von der Ausbildung im einzelnen ist zweckmäßig zwischen
dem umschaltbaren Ventilglied und dem Stellantrieb eine in einer Richtung wirksame
Kupplung, Ratsche od.dgl. vorgesehen. Dies ermöglicht die Verwendung eines einfachen
Stellantriebs mit hin- und hergehender Bewegung.
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Handelt es sich in solchen oder auch in anderen Fällen um einen nur
in einer Richtung einschaltbaren oder druckbeaufschlagbaren Stellantrieb, so ist
demselben zweckmäßig eine Rückholfeder zugeordnet.
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Die Vorrichtung mit dem Ventil und dem Stellantrieb ist vorteilhaft
in einen Bohrstrangteil eingebaut. Dies kann nicht nur eine Stange bzw. ein Gestängeabsohnitt
sein, sondern auch ein anderer Teil des Bohrstranges, so u.a.
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namentlich ein Räumer, ein Übergangsstück, eine Schwerstange,
ein
Meißel oder anderes Bohrwerkzeug od.dgl. Weiterhin kann die Vorrichtung auch eine
nach Bedarf beliebig zwischen zwei Bohrgestängeteile einfügbare separate Einheit
bilden.
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In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß einem Anschluß
des Ventils ein zum Einleiten von Luft in das Innere eines Bohrstranges dienender
Luftführungsweg zugeordnet ist. Es kann dann nicht nur ein Erweiterungsbohrkopf
oder ein sonstiges im Bohrstrang angeordnetes Aggregat in der erläuterten Weise
betätigt werden, sondern es kann außerdem die in der einzigen Luftzuleitung herangeführte
Druckluft auch zur Durchführung des -Lufthebe-Bohrens verwendet werden. Dabei wird
das betreffende zu betätigende Aggregat vorteilhaft so ausgebildet, wie es weiter
oben in Verbindung mit dem Erweiterungsbohrkopf nach der DE-PS 15 33 618 erläutert
wurde.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen
Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen Teil eines mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ausgerüsteten Bohrstranges mit einem Erweiterungsbohrkopf in Ruhestellung,
Fig. 2 den Bohrstrang nach Fig. 1 mit in Arbeitsstellung befindlichem Erweiterungsbohrkopf,
Fig.
3 eine Ausführung der Vorrichtung in. größerem Maßstab und.teilweise im Schnitt,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und Fig. 5 eine Einzelheit
des Ventils, weitgehend schematisch.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bohrstrang B besteht auf dem
in der Zeichnung nicht erkennbaren größten Teil seiner Länge aus einem Doppelwand-Bohrgestänge
1, das von bekannter Ausbildung sein kann und dessen Teile miteinander verschraubt
sind. Der zwischen dem Außenrohr la und dem Innenrohr lb des Bohrgestänges vorhandene
Ringraum bildet einen sowohl gegenüber dem Gestängeinneren 2 als auch gegenüber
der Umgebung abgedichteten Kanal, der bei dieser Ausführung die einzige Luftzuleitung
3 zu einem im Bohrstrang befindlichen Verbraucher bildet.
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Am unteren Ende des Bohrstranges B befindet sich ein Bohrwerkzeug
W, etwa ein für das Lufthebe-Bohren (Bohren mit Gegenspülung oder indirekter Spülung)
eingerichteter Großloch-Rollenmeißel. Ueber diesem ist ein Erweiterungsbohrkopf
E angeordnet. Dieser weist mit Rollenbohrern 5 od.dgl. ausgerüstete Arme 4 auf,
die aus einer Ruhestellung nach Fig. 1 in eine Arbeitsstellung nach Fig. 2 und umgekehrt
schwenkbar sind, und zwar mittels einer oder mehrerer pneumatisch arbeitender Kolben-Zylinder-Einheiten,
von denen nur eine im Schnitt dargestellt und mit der
Ziffer 6
bezeichnet ist. In dem Zylinder 7 ist ein Kolben 8 mit durchgehender Kolbenstange
9 verschiebbar. Der Zylinder 7 ist mit einem zu seinem oberen Ende führenden Luftanschluß
11 und mit einem zu seinem unteren Ende führenden Luftanschluß 12 versehen. Die
Anschlüsse 41 und 12 sind mit Luftwegen 21 und 22 verbunden, die von einer Ventilvorrichtung
V ausgehen. Der Luftweg 21 setzt sich über den Anschluß 11 hinaus noch nach unten
in einem Leitungsteil 23 fort, der zu einer im Werkzeug W angeordneten, in das Innere
2 des Bohrstranges B mündenden, schematisch durch einen Pfeil angedeuteten Düse
24 führt. Vor dieser Düse kann im Leitungsteil 23 ein Rückschlagventil od.dgl.
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vorgesehen sein.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 6 ist mit einem nicht dargestellten, im
Kolben 8 untergebrachten Ventil versehen, das nur in der oberen Endstellung des
Kolbens 8 (gemäß Fig. 2) öffnet und dadurch die Zylinderräume 7a, 7b oberhalb und
unterhalb des Kolbens 8 miteinander verbindet, so daß in dieser Arbeitsposition
der Arme 4 des Erweiterungsbohrkopfes E Luft, die aus dem Luftweg 22 über den Anschluß
12 in den Zylinder 7 gelangt, nicht nur den Kolben 8 auf seiner Unterseite beaufschlagt
und ihn in der oberen Endstellung hält, sondern zugleich auch durch den Kolben 8
in den Zylinderraum 7a strömen und den Zylinder durch den Anschluß 11 verlassen
kann, worauf die Luft bei nach oben hin abgesperrtem Luftweg 21 durch den Leitungsteil
23
zur Düse 24 strömt und in das Gestängeinnere 2 eintritt, wie es für ein Arbeiten
nach dem Lufthebe-Prinzip erforderlich ist. Bei der Ruheposition der Arme 4 des
Erweiterungsbohrkopfes E gemäß Fig. 1 wird der Kolben 8 durch aus dem Luftweg 21
über den Anschluß 11 in den Zylinder 7 eintretende Luft auf seiner Oberseite beaufschlagt
und in der unteren Endstellung gehalten. Weiter über den Luftweg 21 zugeführte Luft
gelangt auch in diesem Fall über den Leitungsteil 23 zur Düse 24 und damit in das
Gestängeinnere 2. Weitere Einzelheiten eines solchen pneumatisch zu betätigenden
Erweiterungsbohrkopfes sind in der DE-PS 15 33 618 erläutert.
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Die Luftwege 21, 22 können durch Rohre, Kanäle od. dgl.
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gebildet sein, die in dem Erweiterungsbohrkopf E und in sich daran
anschließenden Teilen des Bohrstranges vorgesehen sind, so z.B. in einem Stabilisator
14, einer Stabilisierungsstange 15, einem Räumer usw.
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Um in dem erläuterten Fall das Aggregat E mit zwei Anschlüssen 11,
12 wahlweise von nur einer Luftzuleitung 3 aus betreiben zu können, ist eine Ventilvorrichtung
V vorgesehen. Diese kann in einen Teil des Bohrstranges eingebaut sein, sei es in
einem Abschnitt des Bohrgestänges selbst, sei es in dem zu betätigenden Aggregat
oder sei es in einem anderen Teil, z.B. einem Stabilisator od.dgl. Wie in den Fig.
1 bis 3 veranschaulicht, kann die
Ventilvorrichtung aber auch eine
separate, zwischen zwei Teile des Bohrstranges einzufügende Einheit 13 bilden.
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In dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 ist diese Einheit 13 zwischen dem
unteren Ende des Doppelwand-Gestänges 1 bzw.
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einem Abschlußteil 19 desselben und dem oberen Ende der Stabilisierungsstange
15 eingebaut, etwa mit Hilfe von miteinander durch Schrauben zu verbindenden Flanschen
16.
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In den Fig. 1 bis 5 sind einander entsprechende oder in ihrer Funktion
vergleichbare Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
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Die Einheit 13 weist ein geschlossenes Gehäuse 17 auf, durch das ein
Rohr 18 mit freiem Innendurchlaß als Fortsetzung des Innenrohres Ib des Doppelwand-Bohrgestänges
1 (Fig. 1 und 2) hindurchgeht. Die von dem Ringraum des letzteren gebildete Luftleitung
3 wird mittels eines geeigneten Übergangs oder zusammenführenden Elements nun als
Rohrleitung in der Einheit 13 fortgeführt und ist mit einem Anschluß 33 eines Ventils
30 verbunden. Von zwei weiteren Anschlüssen 31 und 32 dieses Ventils gehen Rohrleitungen
ab, die den Anfang der zum Erweiterungsbohrkopf E führenden Luftwege 21 und 22 bilden.
Ein vierter Anschluß 34 des Ventils 30 hat bei der gezeigten Ausführung keine Funktion
und ist durch eine Kappe od.dgl. dicht verschlossen. An diesen Anschluß kann im
Bedarfsfall etwa ein Luftspeicher oder eine andere Einrichtung angeschlossen
werden.
Das Ventil 30 läßt sich z.B. als Hahn ausbilden und weist dann als Ventilglied ein
drehbares Küken 35 mit getrennten Durchgängen 36 und 37 (vgl. Fig.5) auf. Beim Drehen
des Kükens 35 jeweils um SO0 wird entweder der Luftweg 21 oder der Luftweg 22 mit
der Luftzuleitung 3 verbunden, während der andere Luftweg 22 bzw. 21 abgeschaltet
bzw. gesperrt ist. Damit ergeben sich zwei verschiedene, beim Weiterschalten des
Ventilgliedes jeweils miteinander abwechselnde Betriebspositionen, so daß bei dem
in Fig. 1 und 2 dargestellten Bohrstrang entweder der Anschluß 11 der Kolben-Zylinder-Einheit
6 oder deren anderer Anschluß 12 mit Druckluft versorgt werden kann.
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Zum jeweiligen Umschalten oder Drehen des Ventilgliedes ist ein Stellantrieb
vorgesehen, der bei der gezeigten Ausführung durch einen zusammen mit dem Ventil
30 in dem Gehäuse 17 der Einheit 13 neben dem Rohr 18 untergebrachten, mittels eines
Zapfengelenks 40 gehaltenen Zylinder 41 mit darin verschiebbarem Kolben 42 gebildet
wird. Die Kolbenstange 43 ist durch ein Gelenk 44 mit einem am Gehäuse des Ventils
30 gelagerten Hebel 45 verbunden, der um die Drehachse D des Ventilgliedes 35 schwenkbar
ist.
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Dieser Hebel 45 ist mit dem Ventilglied durch eine in Fig. 3 schematisch
angedeutete Ratsche 38 gekuppelt (z.B.
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über eine federbelastete Klinke am Hebel 45, die in eine Zahnung am
Ventilglied eingreifen kann), derart, daß eine Verschiebung des Kolbens 42 des Stellantriebs
aus
seiner in tig. 4 oberen Endstellung in die untere Endstellung
ein Schwenken des Hebels 45 aus der in Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Position in
die in Fig. 3 lediglich mit einer strichpunktierten Linie 39 angedeutete Position
bewirkt und dadurch das Ventilglied 35 aus einer Betriebsposition in die nächste
weiterschaltet, was eine Vertauschung der Luftwege 21 und 22 mit Bezug auf die Luftzuleitung
3 bedeutet.
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An einer Verlängerung 45a des Hebels 45 greift ein Ende einer Zugfeder
46 an, die mit ihrem anderen Ende in eine Halterung 47 am Gehäuse 17 eingehängt
ist. Diese Feder 46 führt den Hebel 45 und somit auch den Kolben 42 des Stellantriebs
in die Position nach Fig. 3 und 4 zurück, ohne das Ventilglied 35 zu bewegen, und
hält die Teile in dieser Position, wenn die Oberseite des Kolbens 42 vom Druck entlastet
wird bzw. ist.
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Bei der gezeigten vorteilhaften Ausführung wird der Stellantrieb 41,
42 pneumatisch betätigt, und zwar mit Luft, die durch die Zuleitung 3 herangeführt
wird. Zu diesem Zweck geht innerhalb des Gehäuses 17 der Einheit 13 von dem die
Zuleitung 3 verkörpernden Rohr eine flexible Abzweigleitung 48 ab, die zum oberen
Ende des Zylinders 41 führt. In Fig. 4 ist mit der Ziffer 49 eine über Tage, also
außerhalb des Bohrloches, befindliche Druckluftquelle (Kompressor od.dgl.) und mit
der Ziffer 50 ein Steuerventil
bezeichnet. In der eingezeichneten
Position desselben ist die Luftleitung 3 mit einem frei in die Umgebung mündenden
Auslaß 51 verbunden. Wird das Steuerventil 50 in die andere Position gebracht, so
strömt Druckluft vom Kompressor 49 über die Leitung 52 in die Leitung 3 und somit
über die Abzweigleitung 48 auch in den Zylinder 41, so daß der Kolben 42 auf seiner
Oberseite beaufschlagt wird und dadurch eine Verschiebung nach unten erfährt. Luft
aus dem unteren Zylinderraum 41a kann dabei von einem geschlossenen Ausgleichsraum
oder Speicher 53 aufgenommen werden, der mit dem Zylinder 41 durch eine Leitung
54 verbunden ist.
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Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 42 wird über den Hebel 45 und
die Ratsche 38 das Ventil 30 umgeschaltet. Dadurch wird in der jeweils gewünschten
Weise auch der eine oder der andere Anschluß 11 bzw. 12 des Erweiterungsbohrkopfes
E über den betreffenden Leitungsweg 21 bzw. 22 mit Druckluft versorgt. Dies kann
z.B. der eingeschwenkten Ruheposition der Arme 4 des Erweiterungsbohrkopfes E entsprechen.
Sollen die Arme ausgeschwenkt werden, so braucht lediglich mittels des Steuerventils
50 (vgl.Fig.4) die Luftleitung 3 kurzzeitig vom Luftdruck entlastet zu werden (Verbindung
mit freiem Auslaß 51), wodurch die Teile des Stellantriebs unter der Wirkung der
Feder 46 aus der Betätigungslage in die Ruhelage zurückkehren.
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Durch erneutes Umschalten des Steuerventils 50 gelangt
dann
wieder Druckluft in die Leitung 3, so daß der Stellantrieb 41, 42 betätigt wird
und das Ventil 30 in die nächste Betriebsposition bringt, in der nun dem anderen
Anschluß des Erweiterungsbohrkopfes E Druckluft zu strömt und dessen Arme 4 ausgeschwenkt
werden. Soll das Arbeiten mit dem Erweiterungsbohrkopf beendet werden, wird der
erläuterte Vorgang wiederholt.
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Entsprechend ist es, wenn statt eines Erweiterungsbohrkopfes ein anderes
Aggregat mit zwei Anschlüssen wahlweise mit Druckluft versorgt werden soll. Unabhängig
von der Ausbildung im einzelnen kann durch ein auf Druck ansprechendes Anzeigegerät
über Tage der jeweilige Betriebszustand des betreffenden Aggregats erkennbar gemacht
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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