DE3503893C1

DE3503893C1 - Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE3503893C1
Application number: DE3503893A
Authority: DE
Inventors: Günter W. Dipl.-Ing. 5960 Olpe Klemm
Original assignee: ING GUENTER KLEMM SPEZIALUNTERNEHMEN fur BOHRTECHNIK 5962 DROLSHAGEN DE; KLEMM BOHRTECH; Ing Guenter Klemm Spezialunternehmen Fuer Bohrtechnik 5962 Drolshagen
Current assignee: Ing G Klemm Bohrtechnik 5962 Drolshagen GmbH
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1985-10-24
Also published as: EP0190669A2; ATE48176T1; EP0190669A3; EP0190669B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem eine Ringbohrkrone tragenden rohrförmigen Außengestänge, einem in dem Außengestänge verlaufenden, eine zentrische Innenbohrkrone tragenden Innengestänge, einer gemeinsamen Vorschubvorschubvorrichtung für beide Gestänge in Form eines in Längsrichtung der Gestänge verfahrbaren Schlittens, der einen Drehantrieb für das Außengestänge und einen Drehschlagantrieb für das Innengestänge trägt, und mit einer Stellvorrichtung zum Verändern des gegenseitigen Abstandes zwischen Drehschlagantricb und Drehantrieb auf dem Schlitten.

Eine bekannte Bohrvorrichtung dieser Art (DE-OS 29 24 393) ist mit einem Drehantrieb für das Außengestänge versehen. Durch den Drehantrieb ragt das Innengestänge hindurch. Am rückwärtigen Ende des Innengestänges ist in axialer Ausrichtung mit dem Drehantrieb ein Drehschlagantrieb auf dem Schlitten angebracht. Während das Innengestänge gedreht und geschlagen wird, wird das Außengestänge ausschließlich gedreht. Der Drehschlagantrieb kann relativ zu dem Drehantrieb in Achsrichtung der Gestänge verstellt werden, um im Bohrloch die axiale Position der zentrischen Innenbohrkrone in bezug auf die Ringbohrkrone zu verändern. In Abhängigkeit von den jeweiligen Bodenverhältnissen ist es möglich, die Innenbohrkrone auszufahren, beide Bohrkronen auf gleicher Höhe zu betreiben oder die Innenbohrkrone zurückzuziehen, um das Außengestänge gegen eindringendes Wasser oder Treibsand abzudichten. In jedem Fall wird das Außengestänge ausschließlich gedreht, während das Innengestänge gedreht und geschlagen wird.

Bekannt ist ferner eine Bohrvorrichtung, bei der Innengestänge und Außengestänge am rückwärtigen F.nde durch ein gemeinsames Kopfstück miteinander verbunden sind (DE-PS 11 76 079). Eine derartige Bohrvorrichtung benötigt nur einen einzigen Drehschlagantrieb für beide Gestänge. Nachteilig ist allerdings, daß Innengestänge und Außengestänge nicht relativ zueinander verstellt werden können, so daß die beiden Bohrkronen stets in fester axialer Zuordnung zueinander stehen. Da das Außengestänge mit Schlägen beaufschlagt wird, die sich auf die Bohrlochwand übertragen, wird der Boden in der Nähe der Bohrlochwand verdichtet. Der verdichtete Boden umschließt das Außengestänge eng und behindert das gemeinsame Drehen beider Gestänge. Außerdem leidet durch das Schlagen des Außengestänges die Richtungsgenauigkeit. Die Rohre des Außengestänges sind durch die ständige Schlagbeaufschlagung einem hohen Verschleiß unterworfen.

Schließlich sind Bohrvorrichtungen bekannt, bei denen am vorderen Ende des Innengestänges eine Exzenterbohrkrone befestigt ist, die gedreht und geschlagen wird, während das Außengestänge ausschließlich gedreht wird. Die Exzenterbohrkrone bohrt ein Loch, das größer ist als der Innendurchmesser des Außengestänges, so daß das Außengestänge unter Drehung leicht nachgeschoben werden kann. Bei Verwendung von Exzenterbohrkronen ist die Richtungsgenauigkeit des Bohrens schlecht.

Für das Bohren in erdigen Böden eignet sich besonders eine Bohrvorrichtung mit zentrischer Innenbohrkrone, die gedreht und geschlagen wird, und mit einer Ringbohrkrone, die ausschließlich gedreht wird. Das drehende (nicht geschlagene) Außengestänge bewirkt keine Bodenverdichtung und die auf das Innengestänge ausgeübten Schläge werden ohne Dämpfung durch den umgebenden Boden auf die Innenbohrkrone übertragen. Wenn man bei solchen Bohrarbeiten aber vorübergehend auf Fels trifft, arbeitet sich zwar die Innenbohrkrone durch diesen Fels durch, jedoch kann die Ringbohrkrone, die lediglich gedreht wird, nicht nachfolgen. Aus diesem Grunde muß bei derartigen Schwierigkeiten mindestens ein Teil der Bohrausrüstung ausgewechselt werden, um den schwierigen Abschnitt des Bohrlochs überwinden zu können. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand an Material, das an der Bohrstelle &^r> bereitgehalten werden muß, an Zeil und an Monlagearbeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die

bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen mit hoher Vortriebsleistung in verschiedenen Betriebsweisen arbeiten kann, ohne daß Teile der Bohrvorrichtung ausgewechselt werden müßten.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß an dem rückwärtigen Ende des Außengestänges ein durch den Drehantrieb hindurchgehendes Rohrstück befestigt ist, dessen Ende hinter dem Drehantrieb liegt, und daß das Innengestänge in dem Bereich zwischen Drehantrieb und Drehschlagantrieb einen radial abstehenden Ringkragen aufweist, dessen vordere Stirnseite durch die Stellvorrichtung gegen das Ende des Rohrstücks ansetzbar ist.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung wird in leichten Böden so eingesetzt, daß das Außengestänge ausschließlich gedreht und das Innengestänge gedreht und geschlagen wird. Hierbei ergibt sich der größtmögliche Bohrvortrieb bei hoher Richtungsgenauigkeit des Bohrens. Die Schläge der Innenbohrkrone bewirken nicht nur die axiale Ausdehnung des Bohrlochs, sondern sie haben auch eine radiale Ausstrahlung in den von der Ringbohrkrone erfaßten Bereich hinein, so daß das Material vor der ausschließlich drehenden Ringbohrkrone teilweise gelockert wird und die Ringbohrkrone dieses Material dann leicht abtragen kann. Trifft man beim Boden auf felsigen Grund, dann wird das Innenrohr relativ zu dem Außenrohr vorgeschoben, bis der Ringkragen des Innenrohres bis gegen das Rohrstück stößt, welches das rückwärtige Ende des Außenrohres bildet. Über den Ringkragen werden die Schläge des Innenrohres auf das Außenrohr übertragen, so daß nunmehr auch das Außenrohr geschlagen werden kann. Da nunmehr auch die Ringbohrkrone schlägt, wirken Schläge auf den gesamten Querschnitt der Bohrlochsohle ein. Diese Betriebsweise wird jedoch nur solange beibehalten, bis die Felsschicht zertrümmert ist. Wenn dies der Fall ist, kann das Innenrohr wieder zurückgezogen werden, so daß die Schlagkopplung beider Gestänge aufgehoben wird.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann durch einfaches axiales Verschieben der beiden Gestänge relativ zueinander wahlweise in zwei Betriebsarten benutzt werden, wobei das Außengestänge nur dann geschlagen wird, wenn die Bodenverhältnisse dies erfordern.

Mit »vorne« wird hier generell die der Bohrlochsohle zugewandte Richtung, also die Bohrrichtung, bezeichnet, während »hinten« die Gegenrichtung bezeichnet.

Das Ende des Rohrstücks und die Stirnseite des Ringkragens können ebene Flächen aufweisen, die gegeneinandersctzbar sind. Hierdurch wird die Schlagenergie, die von dem Innengestänge auf das Außengestänge übertragen wird, auf eine relativ große Übertragungsflächc verteilt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ende des Rohrstücks und die Stirnseite des Ringkragens ineinandergreifende Verzahnungen zur drehfesten Kopplung von Außengeslänge und Innengestänge aufweisen. Hierbei wirken der Ringkragen und das Rohrstück nicht nur als Schlagübertragungselemente, sondern auch zur drehfesten Kopplung beider Gestänge. Dies bedeutet, daß der Drehantrieb des Innengestänges den Drehantrieb des Außengestänges unterstützt. Während das Außengestänge an der Bohrlochwand reibt und einen hohen Drehwiderstand überwinden muß, wird die Leistungsfähigkeit des Drehantriebs des Innengestänges in der Regel nicht voll ausgenutzt. Gerade dann, wenn das Außenrohrgestänge geschlagen wird und eine Bodenverdichtung an der Bohrlochwand auftritt, wirkt sich die Unterstützung des Drehantriebs des Außengestänges durch denjenigen des Innengestänges vorteilhaft aus.

Das Rohrstüek des Außengestänges sollte längsverschiebbar in dem entsprechenden Drehantrieb gelagert sein, damit Schläge, die über den Ringkragen auf das Rohrstüek ausgeübt werden, nicht auf den Drehantrieb wirken. Es muß daher ein ausreichender Freiraum vorgesehen sein, damit das Rohrstüek bei jedem Schlag axial ausweichen kann. Zusätzlich sollte zur Abfederung von Axialbewegungen des Rohrstücks relativ zu dem Gehäuse des Drehantriebs an diesem Gehäuse eine Federvorrichtung angebracht sein.

Die erfindungsgemäß Bohrvorrichtung kann ferner so benutzt werden, daß der Schlagantrieb des Innengestänges abgeschaltet wird, so daß beide Gestänge ausschließlich gedreht werden. Diese Arbeitsweise wird man z. B. bei sandigen Böden anwenden. Schließlich ist es auch möglich, den Drehteil des Drehschlagantriebs für das Innengestänge reversierbar zu machen, so daß das Innengestänge gleichläufig oder gegenläufig zum Außengestänge gedreht werden kann.

Im folgenden wird unter Bezugnahme der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Antriebseinrichtung bei einer ersten Ausführungsform der Bohrvorrichtung,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1, jedoch bei einer modifizierten Ausführungsform,

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III von Fig. 2,

F i g. 4 die gegenseitige Zuordnung der beiden Bohrkronen bei ausschließlich drehendem Außengestänge und

F ig. 5 die gegenseitige Zuordnung der beiden Bohrkronen, wenn Innengestänge und Außengestänge beide gedreht und geschlagen werden.

Bei der dargestellten Bohrvorrichtung verläuft in dem rohrförmigen Außengestänge to das Innengestänge 11, das vorzugsweise ebenfalls rohrförmig ist. Jedes dieser Gestänge besteht aus zahlreichen Rohren, deren Enden entweder direkt miteinander verschraubt oder durch Muffen miteinander verbunden sind. Das rückwärtige Ende des Außengestänges 10 ist mit einem Rohrstüek 12 verbunden, das durch den Drehantrieb 13 axial hindurchragt.

Der Drehantrieb 13 weist einen Drehmotor 14 auf, der über ein Getriebe ein Zahnrad 15 antreibt. Das Zahnrad 15 ist mit Radiallagern 16 und Axiallagern 17 in einem Gehäuse 18 gelagert, welches das Rohrstüek 12 umgibt. Das Zahnrad 12 führt koaxial durch das Zahnrad 15 hindurch. Das Rohrstüek 12 weist radial abstehende Zähne 19 auf, die in Keilnuten 20 an der Innenseite des Zahnrades 15 hineinpassen, so daß das Zahnrad 15 drehfest mit dem Rohrstüek 12 verbunden ist. Die Keilnuten 20 haben eine größere Länge als die Zähne 19, so daß vor jedem Keilzahn 19 ein freier Abstandsraum 21 vorhanden ist und das Rohrstüek 12 im Inneren des Zahnrades 15 axial verschoben werden kann. Der Raum, in dem sich die Zähne 19 axial bewegen können, ist seitlich durch zwei Ringe 22, 23 begrenzt, die das Rohrstüek 12 umgeben. Der vordere Ring 23 liegt an einem Stützring 24 an, der in einem an dem Gehäuse 18 angeschraubten Deckel 25 untergebracht ist. Dieser Deckel 25 enthält eine Federvorrichtung 26 aus mehreren Tellerfedern. Wenn die Zähne 19 über den Freiraum 21 hinausgestoßen werden und gegen den Ring 23 stoßen, wird dessen Bewegung durch den Stützring 24 und

die Federvorrichtung 26 abgefangen, so daß die Stöße nicht auf das Gehäuse 18 übertragen werden.

Das aus dem Gehäuse 18 herausragende rückwärtige Ende 27 des Rohrstücks 12 ist als radiale Schlagübertragungsfläche ausgebildet.

Mit Abstand hinter dem Drehantrieb 13 ist der Drehschlagantrieb 28 angeordnet, der eine hydraulische Schlagvorrichtung 29 und einen Drehmotor 30 aufweist. Die Schlagvorrichtung 29 übt Schläge auf eine Stange 31 aus, die über ein Getriebe 32 von dem Drehmotor 30 gedreht wird. Die Stange 31 ragt axial durch das Getriebe 32 hindurch und die Schlagvorrichtung 29 schlägt auf das rückwärtige Ende dieser Stange. Das vordere Ende der Stange 31 ist über eine Muffe 33 mit der rückwärtigen Stange 34 des Innengestänges 11 verbunden. Diese Stange 34 ist mit einem radial abstehenden Ringkragen 35 versehen, dessen Stirnseite 36 dem Ende 27 des Rohrstücks 12 zugewandt ist.

Der Drehantrieb 13 und der Drehschlagantrieb 28 sind auf einem Schlitten 37 angebracht, der entlang einer Führung 38 in Längsrichtung der Gestänge 10 und 11 verfahrbar ist. Eine (nicht dargestellte) Vorschubvorrichtung treibt den Schlitten 37 in Richtung auf das Bohrloch.

An dem Schlitten 37 ist der Drehantrieb 13 fest angebracht. Der Drehschlagantrieb 28 ist dagegen in Längsrichtung des Schlittens verschiebbar. Diese Verschiebung erfolgt durch eine Stellvorrichtung 39, deren eines Ende an dem Schlitten 37 angebracht ist und deren anderes Ende mit dem Drehschlagantrieb 28 verbunden ist. Die Stellvorrichtung 39 ist eine Kolbenzylindereinheit, die betätigt werden kann, um den axialen Abstand zwischen der Drehvorrichtung 13 und der Drehschlagvorrichtung 28 zu verändern.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Zustand befindet sich der Ringkragen 35 im Abstand von dem Ende 27 des Rohrstücks 12. Das Außengestänge 10 wird durch die Drehvorrichtung 13 ausschließlich gedreht, während das Innengestänge 11 durch die Drehschlagvorrichtung 28 gedreht und geschlagen wird.

Wenn es erforderlich ist, auch das Außengestänge 10 zu schlagen, wird die Drehschlagvorrichtung 28 durch Betätigung der Stellvorrichtung 39 an den Drehantrieb 13 herangefahren, so daß die Stirnseite 36 fest gegen das Ende 27 gedrückt wird. In diesem Zustand werden die Schläge der Schlagvorrichtung 29 von dem Innengestänge auf das Außengestänge übertragen. Beide Gestänge drehen sich jedoch unabhängig voneinander.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 3 unterscheidet sich von demjenigen der F i g. 1 nur dadurch, daß das Ende 27' des Rohrstücks 15 und die Stirnseite 36' des Ringkragens 35 nicht ebenflächig sind, sondern ineinandergreifende Verzahnungen 35 aufweisen, die eine drehfeste Kopplung zwischen der Stange 34 und dem Rohrstück 35 bewirken, wenn sie axial gegeneinandergedrückt werden. Auf diese Weise werden beim Andrükken des Ringkragens 35 an das Rohrstück 15 nicht nur die Schläge des Drehschlagantriebs 28 auf das Außengestänge 10 übertragen, sondern auch die Drehung. Der Drehantrieb 13 wird somit durch den Drehmotor 30 des Innengestänges unterstützt. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Lastverteilung zwischen den Drehantrieben erreicht.

F i g. 4 zeigt den Zustand der Bohrkronen, bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Betriebsweise, bei der Innengestänge und Außengestänge voneinander entkoppelt sind.
Am vorderen Ende des Außengestänges 10 ist eine Ringbohrkrone 42 befestigt, in der die mit dem Innengestänge 11 verbundene zentrische Innenbohrkrone 43 längsverschiebbar geführt ist. Durch den Kanal 44 des hohlen Innengestänges 11 wird Spülflüssigkeit zur Bohrlochsohle gepumpt. Die Spülflüssigkeit tritt durch die Innenbohrkrone 43 hindurch aus und treibt das Bohrgut durch seitliche Nuten der Innenbohrkrone hindurch in den Raum zwischen Innengestänge 11 und Außengestänge 10.

Die Zuführung des Spülmediums und die Abführung des Bohrgutes sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im einzelnen dargestellt. Wie aus Fig.4 zu erkennen ist, ist der Durchmesser der Innenbohrkrone 43 an den Innendurchmesser der Ringbohrkrone 42 angepaßt, so daß die Innenbohrkrone in der Ringbohrkrone zentriert wird. Bei der Betriebsart nach Fig. 4, bei der keine Schläge auf das Außengestänge 10 ausgeübt werden, ist die Innenbohrkrone 43 gegenüber der Ringbohrkrone 42 zurückgezogen. Beide Bohrkronen können aber auch mit ihren Schneidelementen in einer Ebene angeordnet sein. Ferner besteht die Möglichkeit, die Innenbohrkrone gegenüber der Ringbohrkrone vorlaufen zu lassen: ohne daß eine Schlagkopplung entsteht.

F i g. 5 zeigt den Zustand, den die Bohrkronen einnehmen, wenn das Innengestänge 11 soweit vorgeschoben ist, daß die Ringschulter 35 gegen das Rohrstück 12 stößt. Die Innenbohrkrone 43 ragt aus der Ringbohrkrone 42 heraus, wird aber von dieser noch zentrisch geführt. Die Innenbohrkrone 43 schlägt auf die Bohrlochsohle 45 und bearbeitet eine relativ große Fläche. Die Ringbohrkrone muß nur denjenigen Teil der Bohrlochsohle bearbeiten, der von der Innenbohrkrone 43 nicht erfaßt worden ist. Durch die Schläge der Innenbohrkrone wird bereits ein Teil des Materials gelöst, der im Bereich der Ringbohrkrone liegt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrvorrichtung mit einem eine Ringbohrkrone (42) tragenden rohrförmigen Außengestänge (10), einem in dem Außengestänge (10) verlaufenden, eine Innenbohrkrone (43) tragenden Innengestänge (11), einer gemeinsamen Vorschubvorrichtung für beide Gestänge in Form eines in Längsrichtung der Gestänge verfahrbaren Schlittens (37), der einen Drehantrieb (13) für das Außengestänge (10) und einen Drehschlagantrieb (28) für das Innengestänge (11) trägt, und mit einer Stellvorrichtung (39) zum Verändern des gegenseitigen Abstandes zwischen Drehschlagantrieb (28) und Drehantrieb (13) auf dem Schlitten (37), dadurch gekennzeichnet, daß an dem rückwärtigen Ende des Außengestänges (10) ein durch den Drehantrieb (13) hindurchgehendes Rohrstück (12) befestigt ist, dessen Ende (27) hinter dem Drehantrieb (13) liegt, und daß das Innengestänge (11) in dem Bereich zwischen Drehantrieb (13) und Drehschlagantrieb (28) einen radial abstehenden Ringkragen (35) aufweist, dessen vordere Stirnseite (36) durch die Stellvorrichtung (39) gegen das Ende (27) des Rohrstücks (12) ansetzbar ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (27) des Rohrstücks (12) und die Stirnseite (36) des Ringkragens (35) ringförmige ebene Flächen aufweisen, die gegeneinandersetzbar sind.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (27') des Rohrstücks (12) und die Stirnseite (36') des Ringkragens (35) ineinandergreifende Verzahnungen (40, 41) zur drehfesten Kopplung von Außengestänge (10) und Innengestänge (11) aufweisen.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (12) in seinem im Inneren des Drehantriebs (13) liegenden Bereich radial nach außen abstehende Mitnahmeelemente (19) zur Übertragung der Drehbewegung vom Drehantrieb (13) auf das Außengestänge (10) aufweist und im Drehantrieb (13) axial verschiebbar gelagert ist.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen Ende des Gehäuses (18) des Drehantriebs (13) eine Federvorrichtung (26) zum Abfedern von Schlägen auf das rückwärtige Ende des Rohrstücks (12) angebracht ist.