DE3343565C2 - Tieflochhammer - Google Patents

Abstract

Der Tieflochhammer befindet sich am unteren Ende eines Bohrstranges oberhalb einer Bohrkrone, auf die der Arbeitskolben (56) schlägt. Der Tieflochhammer wird mit unter Druck stehendem Wasser oder einer Wasseremulsion betrieben. Das Wasser, das den Arbeitszylinder (53) bzw. den Steuerzylinder (37) verläßt, wird einer Rücklaufleitung (54) zugeführt und tritt zum Rückspülen des Bohrgutes an der Bohrkrone aus. Der Bohrstrang benötigt ein einkanaliges Rohr. Vor dem Tieflochhammer ist ein Gasdruckspeicher angeordnet, dessen Durchmesser gleich dem des Bohrstranges ist. Der gesamte Gasdruckspeicher wird zusammen mit dem Bohrstrang gedreht und überträgt die Drehbewegung auf den Tieflochhammer (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Tieflochhammer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte Tieflochhämmer dieser Art (DE-AS 37 778, DE-AS 19 37 780, DE-OS 25 24 963) haben einen Steuerzylinder, der die Umsteuerung des Arbeitskolbens vornimmt und den Arbeitszylinder abwechselnd mit der von dem rückwärtigen Ende des Bohrstranges gebildeten Druckleitung und mit der von dem vorderen Ende des Bohrstranges gebildeten drucklosen Leitung verbindet. Be: solchen hydraulischen Tieflochhämmern tritt, das Problem auf, daß der Arbeitszylinder bei seinem Schlaghub eine große Flüssigkeitsmenge verbraucht, während beim Rückhub ein nur sehr geringer Bedarf an Druckflüssigkeit vorhanden ist. Durch den pulsierenden Flüssigkeitsbedarf entstehen in dem rückwärtigen Teil des Bohrstranges (der Druckleitung) starke Druckschwankungen. Außerdem ist die Druckleitung nicht imstande, die erforderliche Flüssigkeitsmenge für hohe Schlagzahlen in kurzer Zeit zu liefern, weil die in der Druckleitung stehende oder langsam strömende Flüssigkeit erst beschleunigt werden muß.

Ferner sind Tieflochhämmer, die nach dem Wasserhiimmerprinzip arbeiten und die mit im Zuge des Bohrstranges ungeordneten Druckausgleichern verbunden sind , bekannt (US-PS 23 59 147, US-PS 24 24 108). Bei dem Wasserhammerprinzip wird das Wasser durch eine Drosselöffnung gedrückt, an der eine Druckdifferenz auftritt, durch die ein druckgesteuertes Ventil betätigt wird, welches bei hohem Strömungsdurchsatz schließt, um den Wasserdruck abzusperren. Bei abgesperrtem Wasserdruck wird der Arbeitskolben durch eine Feder angehoben. Nach Erreichen des Druckausgleichs öffnet das Ventil wieder, so daß der Arbeitshub des Wasserkolbens ausgeführt werden kann. Ein derartiger Tieflochhammer weist keinen Steuerkolben auf; dagegt j werden Druckspeicher benötigt, um die Schläge des aus den Arbeitskammern austretenden Druckwassers zu mildern, d. h. um den Druck in dem ringförmigen Rückspülkanal auszugleichen. Zusätzlich kann am rückwärtigen Ende des Bohrlochs, also im großen Abstand von dem Tieflochhammer, ein Druckspeicher zum Ausgleich des Vorlaufdruckes vorgesehen sein. Bei den Tieflochhämmern nach dem Wasserhammerprinzip haben die Druckspeicher einen erheblich größeren Durchmesser als der Bohrstrang, so daß sie das Rückspülen beeinträchtigen. An den Druckspeichern kann nämlich Bohrgut hängenbleiben und den Rücklauf verstopfen. Andererseits können die Druckspeicher der bekannten Tief-Iochhämmer nach dem Wasserhammerprinzip bei Tief-Iochhämmern, die mit Steuerkolben arbeiten, nicht ohne weiteres eingesetzt werden, weil bei letzteren ein Unterdruck auftreten kann, der bewirkt, daß die schlauchförmige Membran sfcrh im Bohrstrang zusammenzieht und den Strömungsquerschnitt verengt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tieflochhammer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der mit einem Energiespeicher ausgestattet ist und ein ungehindertes Rückspülen des Bohrgutes ermöglicht
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Nach der Erfindung ist bei einem durch einen Steuerkolben gesteuerten Tieflochhammer der Druckspeicher im Verlauf des Bohrstranges angeordnet und in den Bohrstrang integriert Der Druckgass.r-eicher hat eine so schlanke Bauform, daß sein Durchmesser nicht wesentlich größer ist als derjenige des Bohrstranges, so daß nicht die Gefahr besteht, daß beim Rückspülen Bohrgut an dem Gehäuse des Druckgasspeichers hängenbleibt. Die schlanke Bauform wird dadurch erzielt, daß durch das Gehäuse hindurch das gelochte Rohr verläuft, dessen Strömungsquerschnitt zwar geringer ist als derjenige des Bohrstranges, daß jedoch den Ringraum, in dem sich die Membran bewegt nach innen begrenzt, so daß die Membran den St/ömungsquerschnitt nicht zusätzlieh verkleinern kann. Der schmale Ringraum kann entsprechend lang bemessen werden, um das erforderliche Puffervolumen für das hydraulische Druckmittel bereitzustellen. Der Gasdruckspeicher ist voll in den Bohrstrang integriert und er enthält außer der Membran keine beweglichen Teile. Seine Kapazität wird im wesentlichen durch seine Länge bestimmt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 einen Längsschnitt durch übereinander angeordnete Teile des Tiefloehhammers während des Endes des Rückhubes des Arbeitskolbens und

F i g. 4 und 5 Darstellungen gemäß F i g. 2 und 3 am Ende des Arbeitshubes.

Der Tieflochhammer 10 ist am vorderen F.nde eines rohrförmigen hohlen Bohrstranges j I befestigt. Der Bohrstrang U ist durch das Gehäuse 12 des Gasdruckspeichers 13 und durch das Gehäuse 14 verlängert. Die

Gehäuse 12 und 13 haben im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie der Bohrstrang 11, und sie bestehen jeweils aus einem Rohr. Am vorderen Ende des Gehäuses 14 ist der Bohrkronenhalter 15 befestigt, der den Schaft 16 der Bohrkrone 17 aufnimmt Der Kopf 18 der Bohrkrone 17 ragt aus dem Bohrkronenhalter 15 heraus.

In ein Innengewinde des vorderen Endes des Bohrstranges 11 ist ein Muffenteil 19 eingeschraubt, das eine Axialbohrung 20 aufweist die mit dem Inneren des Bohrstranges 11 in ständiger Verbindung steht Ein Ansatz de? Muffenteils 19 ist in ein Innengewinde des Gehäuses 12 eingeschraubt so daß das Muffenteil 19 das Gehäuse 12 mit dem Bohrstrang 11 verbindet In ein Innengewinde des anderen Endes des Gehäuses 12 ist ein weiteres Muffenteil 21 eingeschraubt weiches durch eine Gewindeverbindung mit dem rohrförmigen Gehäuse 14 verbunden ist Auch das Muffenteil 21 weist eine durchgehende Axialbohrung 20 auf.

Die Axialbohrungen 20 der Muffenteile 19 und 21 sind an ihren einander zugewandten Enden im Durchmesser erweitert In den erweiterten Bereichen nehmen sie cne Enden eines Rohres 22 auf, dessen Wand mit zahlreichen Löchern 23 versehen ist In dem Ringraum zwischen dem Rohr 22 und dem Gehäuse 12 befindet sich eine schlauchförmige Membran 24, deren Enden als Wulstringe 25 ausgebildet sind. Die Wulstringe 25 liegen in halbkreisförmigen Ringnuten der Ansätze der Muffenteile 19, 21 und des Gehäuses 12. Die Membran 24 und das Gehäuse 12 umschließen einen ringförmigen Gasraum 26, der beispielsweise mit Stickstoff gefüllt ist Die Füllung erfolgt durch eine mit einem Stopfen 27 abdichtend verschlossene Öffnung in der Wand des Gehäuses IZ Zwischen der Membran 24 und dem Rohr 22 wird ein ringförmiger Ausdehnungsraum 28 gebildet in den durch die Löcher 23 das Hydraulikmedium eindringen kann, wobei das in dem Raum 26 befindliche Gas zusammengedrückt wird. Bei geringem Hydraulikdruck im Rohr 22 wird die Membran 24 durch den Gasdruck von außen he~ gegen das Rohr 22 gedrückt das sie dann eng umschließt Das Rohr 22 und das Gehäuse 12 bilden somit Endanschläge für die Membran 24. Damit die Membran in dem Einspannungsbereich nicht um Kanten herum verformt wird, sind die Stirnwände 29 der Ansätze der Muffenteile 21 bogenförmig derart ausgebildet, daß itr Durchmesser sich zum Rohr 22 hin stetig, d. h. ohne kantigen Übergang, verringert Die Stirnwände 29 haben Auslaufflächen, die sich zum freien Ende hin an die Wand des Rohres 22 anschmiegen.

In Strömungsrichtung rfes Wassers, das durch den Rohrstrang 11 unter Druck zugeführt wird, ist in das Gehäuse 14 hinter den mit dem Muffenteil 21 verbundenen Gewindeabschnitt das Rückschlagventil 30 eingeschraubt. Ein Gehäusekörper 31 des Rückschlagventils

30 ist mit Außengewinde in das entsprechende Innengewinde des Gehäuses 14 geschraubt Der Gehäusekörper

31 enthält eine Ventilkugel 32, die von einer Feder 33 entgegen der Strömungsrichtung gegen einen Ventilsitz gedrückt wird und den Durchtrittskanal 34 versperrt Das Ventilgehäuse 31 ist durch eine Abstandsbuchse 34 von einem Ring 35, der eine Axialbohrung 36 aufweist, getrennt.

Der Ring 35 stützt den Steuerzylinder 37 ab, der ebenfalls in dem Gehäuse 14 angeordnet ist und dessen zylindrische Außenfläche eng von der Innenfläche des Gehäuses umschlossen wird. Im Innern des Steuerzylinders 37 ist der Steiierkolhrs 38, der als hohle Steuerhülse ausgebildet ist, axial verschiebbar. Die Axialbohrung des Steuerkolbens 38 schließt sich axial an die öffnung 36 an, so daß im Innern des Steuerkolbens 38 stets der Hochruck herrscht Beide Stirnflächen 35, 40 des Steuerkolbens 38 sind ebenfalls ständig dem Hochdruck ausgesetzt. Da die untere Stirnfläche 40 größer ist als die obere Stirnfläche 39 wird der Steuerkolben 38, wenn keine anderen Kräfte auf ihn einwirken, nach oben, also gegen den Ring 35, gedrückt Der Steuerkolben 38 weist einen radial abstehenden Ringkragen 41 auf, dessen to obere Stirnseite die Steuerfläche 42 bildet Die Steuerfläche 42 ist zusammen mit der oberen Stirnseite 39 größer als die untere Stirnseite 40, so daß der Steuerkolben 38 nach unten gedrückt wird, wenn an der Steuerfläche 42 der Hochdruck herrscht Die andere Stirnfläche 43, die den Ringkragen 41 nach unten begrenzt steht über eine Ringnut 44 in ständiger Verbindung mit einer Rücklaufleitung 45. Die Rücklaufleitupg 45 ist mit einer weiteren Ringnut 46 verbunden, neben der eine dritte Ringnut 47 angeordnet ist Die Ringnuten 46 und 47 im Steuerzylinder 37 werden in der oberen Stellung des Steuerkolbens 38 von einer Ringnut Ί0Λ dieses Steuerkolbens überbrückt und somit untereinander verbunden. Die Ringnut 47 steht mit einer weiteren Leitung 49 in Verbindung. Die Steuerfläche 42 steht über eine Ringnut 50 mit einer Steuerleitung 51 in Verbindung.

Der S'rtrtierzylinder 38 weist außerdem eine Radialbohrung 52 auf, die bei angehobenem Steuerkolben verschlossen ist, bei abgesenktem Steuerkolben aber im Bereich der Ringnut 47 liegt

An den Steuerzylinder 37 schließt sich in axialer Richtung der Arbeitszylinder 53 an, der ebenfalls von dem rohrförmigen Gehäuse 14 dicht umschlossen ist Der obere Teil des Arbeitszylinders 53 besteht aus einem Rohr 54, das längslaufende Bohrungen für die Rücklaufleitung 45, die weitere Leiturrg 49 und die Steuerleitung 51 aufweist Diese Bohrungen umgeben die Axialbohrung 55 zur Aufnahme des oberen Endes des Arbeitskolbens 56. An das Rohrstück 54 schließt sich ein weiteres Rohr 57 an, das den unteren Teil des Arbeitszylinders 53 bildet Im Bereich des unteren Rohres 57, dessen Länp^bohrung größer ist als diejenige des Rohrteils 54, weist der Arbeitskolben 56 zwei verdickte Abschnitte 58 und 59 auf, zwischen denen sich eine Ringnut 60 befindet Die untere Ringfläche 61 des unteren Ab-Schnitts 59 ist kleiner als die obere Ringfläche 62 des oberen Abschnitts 58. Die Steuerleitung 51 steht mit einer Ringnut 62 in Verbindung, welche von der Ringfläche 61 überstrichen wird, wenn der Arbeitskolben 56 in die Nähe seiner oberen Endstellung gekommen ist Die obere Ringfläche 63 des unteren Abschnitts 59 überstreicht die Ringnut Φ2, wenn der Arbeitskolben seine untere Endstellung erreicht bzw. auf den Schaft 16 dei Bohrkrone 17 schlägt.

Der Arbeitszylinder 53 ist gegen den Druckraum 64 des Steuerzylinders 37 durch eine Stirnw?nd 65 begrenzt die einen Durchlaß für ein Rohr 66 aufweist. Das Rohr 66 ist mit einem verdickten Kopf ausgestattet, der in einer Ausnehmung der Stirnwand 65 sitzt und von einer Lochscheibe f 7 fixiert wird. Das Innere des Rohres 66 steht mit dem Druckraum 64 in Verbindung und ragt von der Stirnwand 65 in das Innere des Arbeitszylinders 53 hinein. Das freie Ende des Rohres 66 taucht in eine Axialbohrung 68 des Arbeitskolbens 56 ein. Die Axialbohrung erstreckt sich von dem oberen Ende des Arbeitskolbens bis in <r.inen Bereich unterhalb der Ringfläche 61, wo sie mit einem Querkanal 69 in Verbindung steht. Die Axialbohrung 68, in der über den Druckraum 64 bzw. den Hohlraum des Steuerkolbens 38 und das

Rohr 66 stets der Hochdruck herrscht, bewirkt, daß die untere Ringfläche 61 des Arbeitskolbens ständig dem Hochdruck ausgesetzt ist.

Wenn der Arbeitskolben 56 bei seinem Rückhub die in Fig. 2 dargestellte Position erreicht hat, legt die Ringfläche 61 die Ringnut 62 frei, so daß der Druck aus der Leitung 69 in die Steuerleitung 51 gelangen kann. Dieser Druck wirkt auf die Steuerfläche 42 des Steuerkolbens 38 und treibt diesen in die untere Endstellung (F i g. 4). Nun gelangt die öffnung 52 in den Bereich der Ringnut 47, wodurch Druck aus dem Inneren des hohlen Steuerkolbens in die weitere Leitung 49 gelangt. Diese Leitung 49, die in Längsrichtung durch das Rohrstück 54 verläuft, mündet in den Arbeitsraum 70, der von der großen oberen Ringfläche 62 begrenzt wird. Dadurch wird der Arbeitskolben 56 nach unten beschleunigt und gegen den Schaft 16 der Bohrkrone 17 geschlagen. Wenn die Ringfläche 63 die Ringnut 62 freigegeben hat, wird diese Ringnut 62 über eine ebenfalls an der Innenseite des Rohres 57 vorgesehene weitere Ringnut 71 mit der Rücklaufleitung 45 verbunden. Hierdurch wird die Steuerleitung 51 drucklos, so daß die Steuerfläche 42 ebenfalls drucklos wird. Der Steuerkolben 38 wird in seine obere Endlage gedrückt. Die weitere Leitung 49 wird jetzt wieder über die Ringnut 48 mit der Rücklaufleitung 45 verbunden, so daß der Arbeitsraum 70 des Arbeitszylinders 53 drucklos wird. Die auf die Ringfläche 61 einwirkende Kraft treibt den Arbeitskolben 56 hoch, und die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich.

Der Arbeitskolben 56 weist an seinen beiden Enden je einen zylindrischen Schaft 56a bzw. 566 auf, der in dem Arbeitszylinder 53 geführt ist, und der gegenüber dem Arbeitszylinder durch Dichtungen 72 abgedichtet ist. Die Schlagräume 73 und 74, in denen sich die Enden der Kolbenschäfte 56a und 56i> bewegen, sind über Querbohrun^n 75,76 mit der RücRiäüilsitu"? 45 verbünden, damit Wasser, das die Dichtungen 72 passiert und in die Schlagräume 73,74 gelangt, abgeführt werden kann.

Die Rücklaufleitung 45, in der ein geringer Wasserdruck herrscht, setzt sich bis in den Bohrkronenhalter 15 (F i g. 3) hinein fort. Der Bohrkronenhalter 15 weist zu diesem Zweck eine Längsbohrung auf, die in eine Innenringnut 77 mündet. Die Innenringnut 77 steht mit Querbohrungen 78 des Schaftes 16 in Verbindung, welche zu einer Axialbohrung 79 führen. Die Axialbohrung 79 erstreckt sich durch den Schaft 16 hindurch bis in die Bohrkrone 18 hinein und verzweigt sich dort in mehrere Schrägbohrungen 80, die in Austrittsöffnungen 81 der Bohrkrone 17 münden. Auf diese Weise gelangt das für den Antrieb des Tii'flochhammers verwendete Wasser an die Bohrlochsohle. Das aus den Austrittsöffnungen 81 austretende Wasser wird zum Rückspulen des abgelösten Bohrgutes außerhalb des Bohrstranges benutzt

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Tieflochhammer zur Befestigung am Ende eines hohlen Bohrstranges (11), mit einem in einem Arbeitszylinder (53) bewegbaren hydraulisch betriebenen Arbeitskolben (56), einem den Arbeitskolben steuernden und seinerseits von dem Arbeitskolben gesteuerten, in einem Steuerzylinder (37) bewegbaren Steuerkolben (38), einer Bohrkrone (17), auf deren rückwärtigen Schaft (16) der Arbeitskolben (56) direkt oder über ein Zwischenstück schlägt, und mit Austrittsöffnungen (81) zum Abführen der den Steuerzylinder bzw. den Arbeitszylinder verlassenden Flüssigkeit zum Zwecke des Rückspulens des abgeschlagenen Bohrgutes, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrstrang druckseitig vor dem Arbeitszylinder (53) ein Gasdruckspeicher (13) angeordnet ist, der ein fest mit dem Bohrstrang (11) verbundenes Gehäuse (12) aufweist, dessen Außendurchmesser an wesentlichen gleich groß ist wie derjenige des übrigen Bohrstranges, daß in dem Gehäuse ein drehfest mit dem Gehäuse verbundenes koaxiales Rohr (22) mit seitlichen Löchern (23) angeordnet ist, daß in dem Ringraum zwischen dem Gehäuse (12) und dem Rohr (22) eine ringförmige Membran vorgesehen ist, dere^ Enden von in das Gehäuse eingeschraubten Muffenteilen (19, 21) abdichtend eingespannt sind, und daß die Muffenteile (19,21) die Enden des Rohres (22) aufnehmen.

2. Tieflochhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenteile (19, 21) das Gehäuse (12) mit dem jeveils angrenzenden Teil des Bohrstranges (11) verbinden.

3. Tieflochhammer nach Ansp uch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Membran (24) Wüiste (25) aufweisen, die zwischen dem Gehäuse und den Muffenteilen (19,21) eingespannt sind.