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Aus der US-PS 37 53 468 ist eine derartige Bohreinrichtung bekannt,
bei welcher innerhalb einer stationären Führungsmuffe zwei Mitnehmerstangen ineinander
angeordnet sind, die unter Mitwirkung mehrerer Seilzüge in Verbindung mit einem
stationären Antrieb teleskopartig ausgefahren werden können. Die Seilzüge bilden
somit Vorschubglieder, von denen ein erstes an der äußeren Mitnehmerstange befestigtes
mit dem erwähnten Antrieb in Verbindung steht, während ein zweites, an der inneren
Mitnehmerstange befestigtes durch die äußere Mitnehmerstange geführt und an der
Führungsmuffe fest angebracht ist. Gemäß den Ausführungen dieser Druckschrift kann
die innere Mitnehmerstange ein Werkzeug tragen, welches entweder ein Greifer oder
auch ein Bohrwerkzeug sein kann. Bei Arbeiten mit dem Greifer wird dieser bis auf
die Bohrlochsohle in ein Bohrloch eingefahren, wobei während des Greifvorganges
die Mitnehmerstangen ihre Position relativ zueinander nicht ändern und durch ihre
außerhalb des Bohrloches bewirkte Fixierung die für ein Eindringen des Greifers
ins Erdreich notwendige Reaktionskraft aufbringen. Die Mitnehmerstangen werden in
diesem Fall lediglich auf Druck beansprucht Die mechanische Belastung der Mitnehmerstangen
bei Verwendung eines Bohrwerkzeugs anstelle eines Greifers ist dadurch charakterisiert,
daß zusätzlich zu der für den Bohrvorschub anfallenden, die Mitnehmerstangen axial
belastenden Reaktionskraft auch ein Reaktionsmoment aufgenommen werden muß. Diese
Reaktionskräfte und das Moment belasten insbesondere die Verbindungsstellen zwischen
den einzelnen Mitnehmerstangen. Von wesentlicher Bedeutung aber ist, daß durch das
Reaktionsmoment aufgrund umfangsseitiger Anpressung Reibungskräfte entstehen, die
zwischen den einzelnen Mitnehmerstangen wirksam werden und deren teleskopartiges
Auseinanderfahren behindern. Das Auftreten dieser Reibungskräfte ist unabhängig
von der Querschnittsgestalt der ineinander geführten Mitnehmerstangen und alleine
durch das zu übertragende Reaktionsmoment und die hiermit zusammenhängende Tendenz
zur Verdrehung der Mitnehmerstangen gegeneinander bedingt. Eine Verdrehung wird
jedoch formschlüssig bzw. bei eckigen Mitnehmerrohren bereits durch deren Querschnittsform
verhindert. Das Reaktionsmoment bestimmt somit bei gegebener Beschaffenheit
der
aufeinander reibenden Flächen diese Reibungskräfte quantitativ. Das bedeutet, daß
die außerhalb des Bohrloches über die Vorschubglieder eingeleiteten Vorschubkräfte
vorort, somit auf der Bohrlochsohle um den Betrag gemindert sind, der zur Überwindung
dieser Reibungskräfte erforderlich ist, so daß entsprechend der Konsistenz der jeweiligen
Böden der Bohrfortschritt wegen verminderter Anpreßkraft erheblich reduziert werden
kann. Schließlich kann es zu einem völligen Blockieren der Mitnehmerstangen untereinander
kommen.
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Aus der DE-OS 28 45 878 ist eine weitere Bohreinrichtung bekannt,
deren Mitnehmerstangen teleskopartig unter Mitwirkung eines auf einer ortsfesten
Führung angeordneten Vorschubantriebes ausgefahren bzw. eingefahren werden können.
Der Vorschubantrieb steht über ein als Kette ausgestaltetes Vorschubglied unmittelbar
mit der äußersten Mitnehmerstange in Verbindung, während diese über ein endloses,
über an letzterer angebrachte Umlenkrollen geführtes Vorschubglied, das gleichzeitig
an der ortsfesten Führung und an dem oberen Ende der nächst inneren Mitnehmerstange
befestigt ist, mit letzterer in Verbindung steht. Ein weiteres endloses Vorschubglied,
das über Umlenkrollen dieser nächst inneren Mitnehmerstange geführt ist, ist gleichzeitig
am unteren Ende der äußersten und am oberen Ende der innersten Mitnehmerstange befestigt
Charakteristisch für diese Führung der Mitnehmerstangen ist, daß aufgrund der starren
Kopplung zwischen dem über die Umlenkrollen der äußersten Mitnehmerstange geführten
endlosen Vorschubglied und der ortsfesten Führung bei einem Blockieren der Mitnehmerstangen
die erforderliche Anpreßkraft auf der Bohrlochsohle ausfällt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine durch derartige, teleskopartig
ausfahrbare Mitnehmerstangen gekennzeichnete Bohreinrichtung dahingehend zu verbessern,
daß trotz eines Blockierens der Mitnehmerstangen untereinander aufgrund der erwähnten
Reibungskräfte eine ausreichende Anpreßkraft auf der Bohrlochsohle gegeben ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des
Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösungsmerkmale basieren auf der Erkenntnis, daß bei
vielen Bodenarten der Reibungsschluß der Mitnehmerstangen untereinander ausreichend
ist, um entsprechende Andruckkräfte von einer Vorschubeinrichtung über nicht verriegelte
Mitnehmerstangen auf das Bohrwerkzeug zu übertragen. Die entwickelten Reibungskräfte
sind ausreichend, solange nicht während des Bohrvorganges durch Vibrationen der
Reibungsfaktor entsprechend verringert wird. Über eine, durch den Abstand der Arretierelemente
bestimmte Strecke kann somit das Bohrgestänge, dessen Mitnehmerstangen beispielsweise
teilweise ausgefahren sind, bei Reibungsschluß als Ganzes wie ein starrer Körper
in das Bohrloch eingefahren werden, ohne daß eine Relativbewegung der Mitnehmerstangen
untereinander eintritt. Die für den Vorschub erforderliche Krafteinleitung während
des Bohrvorganges erfolgt über das, mit dem Vorschubantrieb zusammenwirkende Vorschubglied,
wobei die Kopplung der einzelnen Mitnehmerstangen ausschließlich reibschlüssig besteht.
Die den Bohrvorschub bei einem Blockieren der Mitnehmerstangen verhindernden Reibungskräfte
bei bekannten, gattungsgleichen Bohreinrichtungen werden auf diese Weise mit Vorteil
zur Aufbringung der erforderlichen Bohrvorschubkraft ausgenutzt.
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Die Merkmale der Patentansprüche 2 und 3 bringen
den Vorteil mit sich,
daß das Ausmaß des Vorschubes der ohne Relativbewegung der Mitnehmerstangen zueinander
erfolgt, entsprechend der jeweiligen Bohrlochvertiefung einstellbar ist. Auf diese
Weise kann die Art des Vorschubs wechselnden Bodenverhältnissen durch einen einfachen
Eingriff leicht angepaßt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch
4, welches den Vorteil mit sich bringt, daß insbesondere jene Bewegungsphasen des
Bohrgestänges, während derer keine Bohrarbeiten anfallen, durch die bekannte teleskopartige
Zwangsführung der Mitnehmerstangen gekennzeichnet sind, wohingegen während der Bohrarbeit
die jeweilige Verfahrensweise, d. h ob mit oder ohne Relativbewegung der Mitnehmerstangen
untereinander, den jeweils angetroffenen Gebirgsverhältnissen angepaßt wird. Die
Umstellung entsprechend den beiden Verfahrensweisen während der Bohrarbeit kann
grundsätzlich mit beliebigen Mitteln erfolgen und ist nicht auf die in den Ansprüchen
1 bis 3 angegebenen beschränkt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil
überall dort eingesetzt werden, wo das teleskopartige Verfahren der einzelnen Mitnehmerstangen
durch Reibungskräfte, die durch ein während der Bohrarbeiten anfallendes Reaktionsmoment
bedingt sind, verhindert wird.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Zeichnungen
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt F i g. 1 eine schematische
Darstellung der gesamten Bohreinrichtung; Fig.2 eine schematische Darstellung des
Bohrgestänges mit Mitnehmerstangen und Antrieb; F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts III derFig. 2.
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Fig. 1 zeigt zunächst zur Erläuterung des Gesamtaufbaus schematisch
die gesamte Bohreinrichtung. An einem Fahrzeug 1 ist in der üblichen Weise in Gestalt
eines mastartigen Gerüstes die Führung 2 für die Bohreinrichtung angeordnet, an
der die weiteren Bauteile der Bohreinrichtung gehalten und geführt sind. Die Führung
2 trägt einen Vorschubantrieb 3 für das Bohrgestänge sowie Mitnehmerstangen 4,5
und 6, wobei an der innersten Mitnehmerstange 6 ein Drehantrieb 7 und ein Bohrwerkzeug
8 befestigt sind. Der Vorschubantrieb 3 greift an der äußersten Mitnehmerstange
4 an, wobei die übrigen in der gezeigten Darstellung in einem Bohrloch 9 bereits
teleskopartig ausgefahren sind.
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Die Schnittdarstellung der Mitnehmerrohre 4 und 5 gemäß F i g. 2
läßt insbesondere die Wirkungsweise des teleskopartigen Verfahrens derselben erkennen.
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Hierzu steht der stationäre Vorschubantrieb 3 mit einem Vorschubglied
10 in Verbindung, welches beispielsweise als Vorschubkette ausgestaltet ist, mittels
welcher in noch zu beschreibender Weise die äußere Mitnehmerstange 4 vertikal bewegt
werden kann. Mit 11 und 12 sind endlose Vorschubglieder bezeichnet, welche ebenfalls
als Vorschubketten ausgestaltet sein können und während des Aus- bzw. Einfahrens
des Bohrgestänges in ein Bohrloch 9 eine aufeinander abgestimmte Bewegung der Mitnehmerstangen
4,5 und 6 untereinander gewährleisten. Zu diesem Zweck wirkt das Vorschubglied 11
in einer noch näher zu beschreibenden Weise mit der Führung 2 zusammen und ist andererseits
an die nachfolgende Mitnehmerstange 5 derart angeschlossen, daß mittels einer Vorschubbewegung
der äußeren Mitnehmerstange 4 eine Verfahrbewegung der nachfolgenden Mitnehmerstange
5 ausgelöst werden kann.
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Die Mitnehmerstange 5 trägt auf ihrer in der Zeichnung links liegenden
Seite das endlose Vorschubglied 12, das seinerseits am unteren Ende der vorhergehenden,
also der äußeren Mitnehmerstange 4 und andererseits am oberen Ende der nachfolgenden,
nämlich der innersten Mitnehmerstange 6 angeschlossen ist. Die jeweiligen Anschlusse
der Vorschubglieder 11 und 12 erfolgen gemäß der Verfahrbewegungen der Mitnehmerstangen
auf jeweils gegenüberliegenden Seiten, also jeweils einmal außen und einmal innen
an der Führung 2, der Mitnehmerstange 4 bzw. der Mitnehmerstange 5.
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Der Anschluß des Vorschubgliedes 12 der mittleren Mitnehmerstange
5 führt dazu, daß bei der vorstehend geschilderten Verfahrbewegung der Mitnehmerstange
5 infolge ihrer Mitnahme durch die Verfahrbewegung der Mitnehmerstange 4 auch die
innerste Mitnehmerstange 6 in vertikaler Richtung verfahren wird. Zugleich erzeugt
der Vorschubantrieb über die geschilderten Vorschubverbindungen der Mitnehmerstangen
4,5 und 6 den erforderlichen Vorschub für das Bohrwerkzeug 8.
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Zum Ausfahren des Bohrgestänges ist lediglich die Umkehr der Vorschubrichtung
erforderlich, wonach die Mitnehmerstangen selbsttätig nach oben in F i g. 2 verfahren
werden.
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Das Vorschubglied 10 ist bei 13 und 14 an der Mitnehmerstange 4 befestigt.
Das Vorschubglied 11 ist über geeignete Umlenkscheiben 15 gegenüber der Mitnehmerstange
4 geführt, ebenso das Vorschubglied 12 über Umlenkscheiben 16 gegenüber der Mitnehmerstange
5.
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Mit 17 ist der Verbindungspunkt zwischen dem Vorschubglied 11 und
der Führung 2, mit 18 der Verbindungspunkt zwischen dem Vorschubglied 11 und der
Mitnehmerstange 5, mit 19 der Verbindungspunkt zwischen dem Vorschubglied 12 und
der Mitnehmerstange 4 und mit 20 der Verbindungspunkt zwischen der Mitnehmerstange
6 und dem Vorschubglied 12 bezeichnet.
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Der das Bohrwerkzeug 8 antreibende Drehantrieb 7 ist im Bohrloch 9
angeordnet, so daß das aus den Mitnehmerstangen 4, 5 und 6 bestehende Bohrgestänge
nicht mit dreht.
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Gemäß F i g. 3 ist der Verbindungspunkt 17 zwischen dem Vorschubglied
11 und der Führung 2 durch einen, an der Führung 2 befestigten, somit stationären
Anschlag 21 gekennzeichnet. Dieser Anschlag 21 wirkt mit zwei, auf dem Vorschubglied
11 fest angeordneten, einen Abstand t voneinander aufweisenden Arretierelementen
22 und 23 derart zusammen, daß eine Bewegung des Vorschubgliedes 11 durch den Anschlag
21 hindurch relativ zur Führung 2 nur in dem durch den Abstand t bedingten Ausmaß
möglich ist.
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Die Arretierelemente 22 und 23 sind auf dem Vorschubglied 11 in geeigneter,
im einzelnen nicht dargestellter Weise befestigt. Diese Befestigung muß jedoch zumindest
dahingehend geeignet sein, daß die während des Bohrvorganges erforderliche Vorschubkraft
bzw.
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deren Reaktionskraft sicher von dem Vorschubglied 11 auf die Führung
2 übertragen werden kann.
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Sowohl während des Einfahrens als auch während des Ausfahrens des
Bohrgestänges aus einem Bohrloch wird demzufolge das Arretierelement 23 unten an
dem An schlag 21 anliegen, da das Gewicht des hängenden Bohrgestänges in diesem
Fall eine entsprechende Bewegung des Vorschubgliedes 11 erzeugt.
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Kommt es zu Beginn des Bohrvorganges zu einem Blockieren der Mitnehmerstangen
4, 5 und 6 untereinander, so bewirkt der weiter drehende Vorschubantrieb 3 über
das Vorschubglied 10 einen Vorschub des gesamten Bohrgestänges um den Betrag t,
d. h., das gesamte
Bohrgestänge bewegt sich um diesen Betrag t wie ein starrer Körper,
ohne daß es zu Relativbewegungen der Mitnehmerstangen 4, 5 und 6 untereinander kommt.
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Falls es zu Beginn der Bohrarbeiten aufgrund von Vibrationen im Bereich
der Mitnehmerstangen 4,5 und 6 nicht zu einem Reibschluß und damit nicht zu einem
Blockieren kommt, bewirkt der Vorschubantrieb 3 lediglich eine Bewegung des Vorschubgliedes
11 um den Betrag t, so daß das Arretierelement 22 oben auf dem Anschlag 21 anliegt
und von diesem Augenblick an es zu einer Zwangsführung der Mitnehmerstangen, d.
h. zu einem teleskopartigen Auseinanderfahren kommt, durch welcher der, dem Fortschritt
der Bohrarbeiten entsprechende Vorschub gewährleistet wird, welcher in diesem Fall
nicht durch Reibungskräfte blockiert wird.
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Innerhalb eines, durch den wählbaren Abstand t der Arretierelemente
22 und 23 definierten Ausmaßes kann während des Vortriebs der Bohrarbeiten das Bohrgestänge
der erfindungsgemäßen Bohreinrichtung somit insgesamt als starrer Körper vorgeschoben
werden.
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Durch den Vorschub des Bohrgestänges als starrer Körper, d. h. ohne
Relativbewegung der Mitnehmerstangen untereinander wird trotz Blockierens der Mitnehmerstangen
eine ausreichende Anpreßkraft auf der Bohrsohle bereitgestellt.