DE3518422A1 - Antriebssystem fuer einen drehbaren bohrkopf - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verschieben eines drehbaren, kraftbetriebenen Kopfes oder dergleichen an einer Führung, wie sie allgemein beim drehenden Erdbohren verwendet werden.

In der Vergangenheit wurden viele Anordnungen zum Verwirklichen der linearen Verschiebung drehbarer Köpfe längs einer Führung ausprobiert. Solche Versuche haben die Verwendung von Ketten- oder Kabelantrieben eingeschlossen, die durch hydraulische Zylinder, hydraulische Motore, Luftmotore und dergleichen angetrieben wurden. Diese Systeme waren abhängig von der Unversehrtheit der Ketten und Kabel für den Betrieb und benötigten somit Wartung und hohe Unterhaltskosten.

Bei einem Ausfall eines Kabels oder einer Kette konnte der für eine lotrechte Bewegung an einem Turm gelagerte drehbare Kopf sehr schnell herunterfallen, wodurch die Gefahr ernsthafter Verletzungen geschaffen wurde. Es wurden mehrere Anordnungen mit direkt gekuppelten hydraulischen Zylindern ausprobiert, einschließlich der Verwendung von hydraulischen Huckepackzylindern. Alle diese Bemühungen der Vergangenheit benötigten wandernde hydraulische Schläuche,die einer Verletzungsgefahr ausgesetzt waren und / oder die den verfügbaren Bewegungsweg erheblich einschränkten.

Die Erfindung lehrt die Verwendung eines ausgeglichenen, mehrstufigen hydraulischen Zylinders, der von den Enden her gespeist wird und der mit seinen Zylinderenden an dem Führungsrahmen befestigt ist und der außerdem von seinen Zylinderenden her gespeist wird, wodurch die Notwendigkeit hydraulischer Schläuche beseitigt wird. Die ausgeglichene Mehr-

stufigkeit schafft eine große verwendbare Länge im Vergleich zu der Gesamtlänge der Führung und gestattet ferner gleiche Vorschub- und Rückzugskräfte. Die gleichartige hydraulische Verschiebung in beiden Richtungen schafft ferner eine vereinfachte Anordnung zum Verriegeln des Zylinders und auch zur Auswahl der Richtung der Kraftanwendung.

Gegenstand der Erfindung ist daher die Schaffung eines einfachen, zuverlässigen, sicheren und leicht anzuwendenden Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung zum Verschieben eines drehbaren Bohrkopfs oder dergleichen längs einer Führung oder eines Turms.

Wesentliches Ziel ist dabei auch die Beseitigung wandernder Schläuche und eine einfache hydraulische Ventilanordnung, um eine Umkehrung und / oder eine Verriegelung der Zylinderbewegung zu erzielen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer sicheren und wirksamen Einrichtung zum Verschieben des drehbaren Bohrkopfs, bei der der Ausfall des hydraulischen Drucks bzw. des hydraulischen Mediums nicht ein katastrophales Abstürzen des drehbaren Kopfs zur Folge haben kann,-wie es beim Ausfall eines Aufhängekabels oder einer Aufhängekette auftreten könnte.

Diese Ziele werden in einem Antriebssystem für drehbare Bohrköpfe und dergleichen erzielt, wie es in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der unteren Hälfte der Turmanordnung für ein Felsbohrgestell, die Einzelheiten der Turmanordnung und des drehbaren Bohrkopfs sowie der an dem Turm angeordneten Zentralisiereinrichtung zeigt.

Fig. IA zeigt die obere Hälfte des Turms, die an der Trennlinie A - A zu Fig. 1 passt.

Fig. 2 ist eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, nach der Linie 2-2 von der Oberseite des Turms her gesehen und zeigt weitere Einzelheiten der Anordnung des drehbaren Bohrkopfes an dem Turm.

Fig. 3 ist eine detaillierte Querschnittsansicht des hydraulischen Zylinders, der für die lineare Bewegung des Bohrkopfs längs des Turms verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein Bohrgestell in Form eines Turms 1 gezeigt. Solche Türme sind allgemein aus miteinander verschweißten und verbolzten Bauteilen konstruiert. Der Turm 1 wird verwendet zum Abstützen eines Bohrkopfs und als Stütze und Führung für Bohrstangen. Der Turm 1 ist auf einem Untergestell (nicht gezeigt), im allgemeinen einem Gleisketten- oder Raupenfahrzeug oder auf einem treckerartigen Fahrgestell abgestützt.

Stützzapfen 3 versehen, der mit der Stützstruktur verbunden ist und der es gestattet, den Turm 1 um verschiedene Winkel zu verschwenken. Der Schwenknechanismus ist bekannt und in der Zeichnung nicht dargestellt. Ein Zentralisiermechanismus 4 ist an dem Turm 1 an dessen unterem Ende befestigt. Die Funktion des Zentralisiermechanismus 4 besteht darin, eine untere Ab-

BAD

Stützung und Führung für die Bohrstange zu bieten.

An dem Turm 1 ist ferner ein Schlitten 5 gleitend gelagert, der den drehbaren Bohrkopf β und dessen zugehörigen Antriebsmotor 7 trägt. Luft für den Antriebsmotor 7 wird durch einen Lufteinlaß 8 zugeführt. Der Schlitten 5 ist an dem Turm 1 mittels einer Führung 10 gelagert. Die Führung 10 besteht aus einer durch Bolzen zusammengehaltenen Anordnung, die ihrerseits den Schlitten 5, eine Schlittenplatte 9 und einen gegenüberliegenden Führungsschuh 11 aufweist, der mittels eines Gleitlagers 20 die tragenden Teile des Turms 1 gleitfähig erfasst. Die Konstruktion dieser Führungen ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Für die vorliegende Beschreibung ist es ausreichend, festzustellen, daß der Schlitten 5 längs des Turms frei gleiten kann, und der Schlitten 5 ist bei dieser Bewegung mittels der Schlittenführung Io geführt, die eine Bewegung nur in Längsrichtung längs des Turms gestattet.

Im Betrieb wird der Schlitten 5 in eine obere Stellung an dem Turm 1 bewegt, und eine nicht dargestellte Bohrstange wird zwischen den Bohrkopf 6 und den Zentralisiermechanismus 4 eingesetzt, wobei die Bohrstange durch den letzteren hindurchragt. Die Bohrstange wird durch den Bohrkopf 6 drehend angetrieben, und sie wird in die Gesteinsformation mittels des Zentralisiermechanismus 4 durch eine Krafteinrichtung hineingetrieben, die einen nach unten gerichteten Druck auf den Schlitten 5 ausübt und dadurch die Bohrstange in die Gesteinsformation hineindrückt.

Normalerweise wird Luft verwendet, um sowohl den Bohrkopf β und dadurch die Bohrstange zu verdrehen als aucn ein ^ice el zum Reinigen des gebohrten Loches darzustellen. Die hierfür benötigte Luft kann durch den Lufteinlaß 8 zugeführt werden.

SAD ORiGINAL

Die Erfindung betrifft die Anordnung zum Verschieben des drehbaren 3ohrkopfs 6 und seines Schlittens 5 längs des Bohrturms 1. Um dies zu verwirklichen, wird ein von einem Ende her gespeister, zweistufiger hydraulischer Zylinder 15 verwendet. Der Zylinder 15 ist innerhalb der Struktur des Turms 1 gelagert dargestellt, wobei die Zylinderenden 33 und 33A an der Oberseite und an der Unterseite der Turmstruktur sicher befestigt sind.

Pig. IA ist eine Portsetzung von Fig. 1 und zeigt den oberen Teil des Turms 1, wobei beide Teile an einer gedachten Schnittlinie A-A miteinander verbunden sind. Da die Zylinderenden 33 und 33A an den Enden des Turms befestigt sind, sind die Zylinderstangen 30 und 30a in entsprechender Weise gegenüber einer Bewegung in der Turmstruktur gesichert. Die Zwischenstufe 31 kann sich frei längs der Zylinderstangen 30 und 30a verschieben, und die Hülse 32 kann sich frei längs der Zwischenstufe 31 verschieben, und beide werden für diese Bewegungen durch ein hydraulisches Fluid aktiviert, das an den Zylinderenden 33 und 33A zugeführt wird, wie es später näher beschrieben wird.

Die Zylinderhülse 32 ist mit einem Paar von Zapfen 16 versehen, die radial von der Zylinderhülse nach außen ragen und die eine Einrichtung zur Verbindung des Zylinders mit dem Schlitten 5 darstellen. Diese Verbindung ist am besten aus Fig. 2 zu ersehen, wo die Zapfen 16 im Zusammenwirken mit einem Zapfenlager 18 gezeigt sind, das seinerseits an einer

ihrerseits an der Schlittenplatte 9 mittels Befestigungsbolzen 21 gesichert.

Somit ist klar, daß eine Bewegung der Zylinderhülse 32 in axialer Richtung längs des Turms 1 die Schlittenplatte 9 und damit den Schlitten 5 längs des Turms 1 bewegt.

Pig. 2 zeigt die relative Position des Zylinders innerhalb der Turmstruktur und des Schlittens 5 und zeigt ferner Einzelheiten der Schlittenführung 10 einschließlich des Führungsschuhs 11 und des Gleitlagers 20. Auch zeigt Fig. 2 eine Teilansicht des Zentralisiermechanismus 4, des Antriebsmotors und der Motorlagerpiätte 25· Motorbolzen 22 halten das obere Ende des Motors 7, und Montagebolzen 26 sichern die Anordnung von Motor 7 und drehbarem Bohrkopf 6 an dem Schlitten 5.

Fig. 3 zeigt die Konstruktion des Kraftzylinders im einzelnen. Der Zylinder besteht aus drei wesentlichen Teilen, nämlich zunächst der Zylinderstangenanordnung, die aus zwei hohlen Stangen 30 und 30a besteht. Die Enden jedes hohlen Stangenteils sind mit einem Montagezapfen 34 und 34a und einem Druckfluideinlaß 42 und 42a versehen. Die obere und die untere hohle Stange 30 und 30a sind miteinander durch einen Zylinderstangenkolben 45 verbunden. Der Zylinderstangenkolben 45 ist in gleitendem und abdichtendem Eingriff mit dem zweiten Hauptteil, nämlich der Zwischenstufe 5o. Die Zwischenstufe 5o ist mit einem Zwischenstufenkolben 55 mit größerem Durchmesser versehen, der als Kolben in der Zylinderhülse 32 dient, die den dritten Hauptteil bildet,und der Kolben 55 gleitet abgedichtet in bezug auf die Hülse 32.

trisch zu der Zwischenstufe 50 angeordnet und umgeben diese an jedem Ende. Für den oberen Teil ist die obere Primärhülse 31 vorgesehen. Für den unteren Teil ist die untere Primärhülse 31a vorgesehen. Ein Zylinderkopf ist für jede Stufe an jedem Ende angeordnet. Der Zylinderkopf zwischen der Zylinderstange 30 und der Zwischenstufe 50 für den oberen

BAD OKKaINAL

Teil des Zylinders trägt die Bezugsziffer 60. Pur den unteren Teil ist der Zylinderkopf 60a vorgesehen. Der Zwischenstufenzylinderkopf zwischen der Zwischenstufe 50 und der Zylinderhülse 32 ist mit der Bezugsziffer 70 für den oberen Teil des Zylinders und mit der Bezugsziffer 70a für den unteren Teil des Zylinders bezeichnet.

Die Zylinderstangen 30 und 30a sind gleitend in den Zylinderköpfen 60 und 60a aufgenommen und gegen ein hydraulisches Lecken durch geeignete, als Dichtungen dargestellte Abdichtungsmittel abgedichtet. Ferner sind die Zwischenstufenhülsen oder Primärhülsen 31 und 31a in gleitendem Eingriff mit den Zwischenstufenzylinderköpfen 70 und 70a und gegen ein hydraulisches Lecken durch geeignete, als Dichtungen dargestellte Abdichtungsmittel abgedichtet.

Die wirksame Fläche des Zylinderstangenkolbens 45 ist auf beiden Seiten des Kolbens gleich. Die Fläche auf beiden Seiten des Zwischenstufenkolbens 55 ist ebenfalls gleich. Dadurch wird eine symetrische Struktur hinsichtlich beider Enden geschaffen mit Kolben, die gleiche Kräfte in beiden Richtungen bei einem gegebenen hydraulischen Druck erzeugen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, geht ein durch den Druckfluideinlaß 42 eingeführtes hydraulisches Druckfluid durch die Mitte der Zylinderstange 30 zu der oberen Oberfläche des Zylinderstangenkolbens 45 und gleichzeitig wegen der Queröffnungen 80 und 81, des Ringraums 82 und der Queröffnung 83 zu der oberen Oberfläche des Zwischenstufenkolbens 55· Ähnliche öffnungen sind auch.für den unteren Teil des Kolbens vorgesehen und mit entsprechenden Bezugsziffern mit dem Index "a" bezeichnet.

Die Funktionen der verschiedenen Dichtungen sind für den Fachmann verständlich. Hiernach ist klar, daß im Betrieb hydraulisches Fluid,das durch den Druckfluideinlaß 42 zugeführt wird,

die obere Oberfläche des Zylinderstangenkolbens 45 und des Zwiachenstufenkolbens 55 mit Druck beaufschlagt. Dies wiederum veranlasst die Zwischenstufe 50, sich längs der Stange nach oben zu bewegen, und es veranlasst ferner die Hülse 32, sich nach oben längs der Zwischenstufe zu bewegen. Infolgedessen wird der drehbare Bohrkopf durch die Zapfen 16 und die zugehörigen Zapfenhalterungen 19 angehoben. In gleicher Weise veranlasst ein in den Druckfluideinlaß 42a eingeführtes Druckfluid den drehbaren Bohrkopf, nach unten gegen den Zentralisiermechanismus 4 gedrückt zu werden.

Einfache Ventile können verwendet werden, um die Richtung der Strömung des hydraulischen Fluids entweder zu dem oberen oder zu dem unteren Druckfluideinlaß 42 oder 42a zu wählen und dadurch die Bewegung des drehbaren Bohrkopfs zu wählen.

Ein Absperren der Fluidströmung verriegelt den drehbaren Bohrkopf in einer fixierten Stellung. Wenn die Druckfluidzuführung zu dem Einlaß 42 mit dem Druckfluideinlaß 42a verbunden wird statt mit der Quelle des hydraulischen Fluids, existiert in dem Zylinder ein Zustand des freien,Schwimmens, und der drehbare Bohrkopf kann entgegen der Strömung des hydraulischen Fluids bewegt werden. Dies gestattet es der Bedienungsperson, den Bohrkopf in Notfällen ohne Anwendung eines hydraulischen Fluiddrucks zu bewegen, oder den Bohrkopf frei zu bewegen, wenn beim normalen Betrieb oder zum Ausrichten der Bohrstange eine freie Beweglichkeit des Schlittens 5 erforderlich ist.

Claims (5)

HELMUTSCHROETER KLAU3LEHMANN 3518422 DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS INGERSOLL-RAND COMPANY 21. Mai 1985 ir-102 L/kk Antriebssystem für einen drehbaren Bohrkopf Patentansprüche

1. Antriebssystem zum Verschieben eines Schlittens (5) längs eines Turms (1), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Ein Schlitten (5) ist an einem Turm (1) für eine Relativverschiebung in Längsrichtung des Turms gelagert,

- ein kombinierter hydraulischer Zylinder (15) mit Zylinderenden (33, 33A) ist vorgeshen, die am oberen und am unteren Teil des Turms (1) befestigt sind,

- der Zylinder (15) weist eine äußere Zylinderhülse (32) auf, die mit dem Schlitten (5) zur übertragung einer Bewegung auf den Schlitten (5) verbunden ist,

- an jedem der festen Zylinderenden (33>33A) ist ein Einlaß (42, 42a) für ein hydraulisches Druckfluid zur Betätigung des Zylinders (15) vorgesehen.

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2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlitten (5) eine Schlittenführung (10) zum genauen Führen des Schlittens (5) für eine Längsverschiebung längs der Länge des Turms (1) aufweist.

3. Antriebssystem nach Anspruch I₃ gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der hydraulische Zylinder (15) weist eine erste und eine zweite hohle Zylinderstange (30, 30a) auf,

- die erste hohle Zylinderstange (30) ist an der Spitze des Turms (1) befestigt und die zweite hohle Zylinderstange (30a) ist an dem unteren Ende des Turms (1) befestigt,

- die erste und die zweite Zylinderstange (30, 30a) sind miteinander durch einen gemeinsamen Kolben (45) verbunden.

- die erste Zylinderstange (30) und die zweite Zylinder-/ stange (30a) sind an jedem an dem Turm (1) befestigten

Ende mit einem Einlaß (42, 42a) für hydraulisches Druckfluid versehen,

- der hydraulische Zylinder (15) ist mit einer Zwischenstufe (50) versehen, die das hydraulische Fluid von den Zylinderstangen (30, 30a) erhält, sowie mit einer Endstufe, die eine Zylinderhülse (32) aufweist, die längs der Zwischenstufe (50) und der Zylinderstangen (30,3Oa) von einem Ende zu dem anderen Ende des Turms (1) bewegbar ist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Zylinderhülse (32) direkt mit dem Schlitten (5) verbunden ist und mit dem Schlitten (5) von einem Ende zu dem anderen Ende des Turms (1) bewegbar ist.

5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch s ^ ^ s η η zeichnet , daß hydraulisches Fluid direkt den Enden jeder Zylinderstange (30, 30a) zugeleitet wird, wodurch bewegliche Schläuche vermieden sind.