DE3905596A1 - Fahrbares bohrgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fahrbares Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Bohrgeräte werden nicht nur zum Antreiben einer ein Bohrwerkzeug tragenden Bohrstange verwendet, sondern dienen auch zum Drehen von Bohrrohren, die die Wand eines Bohrloches abstützen sollen, beim Hineindrücken derselben ins Erdreich oder beim Herausziehen aus dem Erdreich. Da die Bohrrohre über eine große Fläche mit dem Erdreich in Berührung stehen, müssen für ihr Drehen große Drehmomente erbracht werden. Das entsprechende Gegendrehmoment wird über den Bohrmasten und die Bohrmast-Tragmechanik vom Fahrgestell des Bohrgerätes her bereitgestellt.

Bisher erfolgte bei derartigen Bohrgeräten das Drehen eines solchen Bohrrohres unter Verwendung zweier Hydraulikmotoren des Bohrantriebes, die auch zum Drehen der Bohrstange verwendet werden. Für manche Anwendungen wäre es aber wünschenwert, das vom Bohrantrieb erbrachte Drehmoment vergrößern zu können.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein fahrbares Bohrge­ rät daher so weitergebildet werden, daß der Bohrantrieb ein größeres Drehmoment erbringen kann, wobei aber keine Änderungen in der teuren und mechanisch aufwendigen Trag­ mechanik für den Bohrmasten vorgenommen werden sollen. Letz­ teres auch deshalb, um an schon vorhandenen fahrbaren Rohr­ gräten mit höheren Drehmomenten arbeiten zu können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein fahr­ bares Bohrgerät gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät erfolgt eine zusätz­ liche Drehmomentübertragung zwischen Bohrmast und Fahrge­ stell durch eine beim unteren Ende des Bohrmasten vorge­ sehene Verstrebungseinrichtung. Eine derartige Verstrebungs­ einrichtung ist bei üblicher Auslegung des Bohrmasten und der Bohrmast-Tragmechanik näher bei dem den Bohrantrieb tragenden Abschnitt des Bohrmasten als die Tragmechanik. Man hat also im Bohrmasten selbst nur eine geringere Ver­ windung und damit eine geringere Materialbeanspruchung. Da darüber hinaus das untere Ende des Bohrmastes seine Lage nur wenig ändert, wenn die Achse des Bohrmastes schräg ge­ stellt oder gekippt wird, kann man eine beim unteren Bohr­ mastende angeordnete Verstrebungseinrichtung mechanisch auch besonders einfach und robust bauen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf eine möglichst große Verbindungsfläche zwi­ schen Verstrebungseinrichtung und Bohrmast von Vorteil. Die angegebene Lage der Anschlußplatte ist auch im Hinblick auf ein nachträgliches Vorsehen der Verstrebungseinrichtung an schon vorhandenen fahrbaren Bohrgeräten von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf eine glatt durchgehende Außenfläche des unte­ ren Bohrmastendes und der auf ihn aufgesetzten Anschluß­ platte von Vorteil.

Eine Verstrebungseinrichtung gemäß Anspruch 5 reicht für die Erbringung eines zusätzlichen Gegendrehmomentes in vielen Fällen aus und zeichnet sich durch mechanisch beson­ ders einfachen und kostengünstigen Aufbau aus.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im Hinblick auf das Bereitstellen hoher Reaktions-Drehmomente von Vorteil, da nur der verhältnismäßig kurz wählbare Hebel­ arm auf Biegung beansprucht ist, die demgegenüber langen Streben, die zum Fahrgestell führen, überwiegend axial auf Druck oder Zug beansprucht sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird eine symmetrisch zur Mittelebene des Bohrmastes erfolgende Bereitstellung des Reaktions-Drehmomentes gewährleistet.

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 8 werden die zum Fahrge­ stell laufenden Streben nur auf Druck oder Zug, nicht aber auf Biegung belastet.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ermöglicht ein Schrägstellen des Bohrmastes.

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 10 hat man große Berühr­ flächen zwischen den gegeneinander verstellbaren Abschnitten der Streben und damit eine sichere und saubere Führung und ein zuverlässiges Aufnehmen etwa auf die Strebe ausgeübter Rest-Knickmomente.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 wird eine besonders einfache Verstellbarkeit der Verstrebungsme­ chanik bei Lage- und Neigungsänderungen des Bohrmastes er­ halten: die Arbeitszylinder brauchen zum Verstellen der Bohrmastneigung und zum Verstellen des Abstandes des Bohr­ mastes vom Fahrgestell nur hydraulisch entriegelt zu werden. Nach Einstellen des gewünschten Abstandes und der gewünsch­ ten Neigung des Bohrmastes werden die Arbeitszylinder wie­ der hydraulisch verriegelt, so daß die Verstrebungseinrich­ tung nunmehr wieder in sich starr ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ermög­ licht auch starke Änderungen in der Schrägstellung und seitlichen Neigung des Bohrmastes.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht, daß das erhöhte Drehmoment nur beim Setzen von Bohrrohren bereitgestellt wird, dagegen automatisch abge­ schaltet wird, wenn der Bohrantrieb auf die Bohrstange ar­ beitet. Auf herkömmliche Bohrantriebe ausgelegte Bohr­ werkzeuge könnten ansonsten durch das beim erfindungsge­ mäßen Bohrgerät bereitstellbare erhöhte Drehmoment be­ schädigt werden. Ob der Bohrantrieb gerade zum Einsetzen von Bohrrohren oder zum Antreiben der Bohrstange verwendet wird, läßt sich gemäß Anspruch 13 einfach aus der Spannung ablesen, die in dem Bohrstange und Bohrwerkzeug tragenden Seil gerade herrscht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines fahrbaren Bohrge­ rätes;

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Verstrebungseinrichtung, über welche das untere Ende des Bohrmastes des in Fig. 1 gezeigten Bohrgerätes zusätzlich mit dem Fahrgestell verbunden ist;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Bohrantriebes des in Fig. 1 gezeigten Bohrgerätes;

Fig. 4 schematisch die Beschaltung eines der Arbeits­ zylinder der in Fig. 2 gezeigten Verstrebungs­ einrichtung; und

Fig. 5 bis 7 Aufsichten auf abgewandelte Verstrebungs­ einrichtungen.

Fig. 1 zeigt ein Bagger-Fahrgestell 10, welches über eine insgesamt mit 12 bezeichnete Tragmechanik einen Bohrmasten 14 trägt. Die hier nicht näher zu beschreibende Tragmecha­ nik umfaßt eine Mehrzahl von Lenkern und Arbeitszylindern, um den Abstand des Bohrmasten 14 vom Fahrgestell, die Neigung des Bohrmasten 14 zur Vertikalen in der Zeichenebene (Schräg­ stellung) und die Neigung des Bohrmasten 14 zur Vertikalen in zur Zeichenebene senkrechter Richtung (seitliche Neigung) einstellen zu können.

Ein insgesamt mit 16 bezeichneter Bohrantrieb hat einen auf dem Bohrmasten 14 laufenden Schlitten 18, der durch einen langen hydraulischen Arbeitszylinder 20 verstellbar ist, sowie vier in Umfangsrichtung um die Bohrlochachse verteilte hydraulische Antriebsmotoren, von denen die Moto­ ren 24-1 und 24-2 sichtbar sind.

Der Bohrantrieb 16 kann wahlweise zum Drehen einer Bohr­ stange 26, deren unteres Ende ein in der Zeichnung nicht wiedergegebenes Bohrwerkzeug trägt, oder zum Drehen eines Bohrrohres 28 dienen. Das Drehen des Bohrrohres 28 dient zur Verminderung derjenigen Kraft, die aufgebracht werden muß, um das Bohrrohr 28 vertikal nach unten in das vom Bohrwerkzeug erzeugte Bohrloch hineinzudrücken oder aus diesem herauszuziehen.

Das untere Ende des Bohrmastes ist über eine insgesamt mit 30 bezeichnete Verstrebungsmechanik mit einem vorderen Träger des Fahrgestelles 10 verbunden.

Beim Einbringen und Herausziehen des Bohrrohres 28 wird die Bohrstange 26 unter Verwendung eines Seiles 32 hochge­ zogen. Der Spannungszustand des Seiles 32 wird durch einen schematisch angedeuteten Fühler 34 überwacht, der z. B. auf die Achslast einer Umlenkrolle 36 anspricht, über welche das Seil 32 geführt ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, hat die Verstre­ bungsmechanik 30 eine Anschlußplatte 38, deren Randkontur der Randkontur des Querschnittes des Bohrmastes 14 bei dessen unterem Ende anspricht. In der Anschlußplatte 38 sind mehrere Bohrungen 40 vorgesehen, welche Befestigungs­ schrauben (nicht gezeigt) aufnehmen können, über welche die Anschlußplatte 38 fest mit der unteren Stirnfläche des Bohrmastes 14 verschraubt wird.

Der dem Fahrgestell 10 zugewandte, in Fig. 2 unten liegen­ de Abschnitt trägt symmetrisch zur Längsmittelebene der Verstrebungsmechanik 30 zwei nach außen stehende Hebelarme 42, 44. Mit deren freien Enden sind über Gelenkzapfen 46, 48 die einen Enden zweier doppeltwirkender Arbeitszylinder 50, 52 angeschlossen. Deren Kolbenstangen 54, 56 sind über einen Gelenkzapfen 58, der ebenso wie die Gelenkzapfen 46, 48 senkrecht auf der Zeichenebene steht, mit einer Lager­ buchse 60 verbunden, die ihrerseits auf einer parallel zur Vorderkante des Fahrgestelles 10 verlaufenden, horizontalen Achse 62 sitzt. Von der Vorderseite des Fahrgestelles 10 überstehende Nasen 64, 66 übergreifen die Stirnflächen der Lagerbuchsen 60 unter geringem Spiel, wodurch die Lager­ buchse 60 axial positioniert ist.

Aufgrund der beiden Gelenkverbindungen zwischen Anschluß­ platte 48 und Fahrgestell 10, deren Drehachsen senkrecht aufeinander stehen und wegen der Verstellbarkeit der effek­ tiven Länge der Arbeitszylinder 50, 52 bei freigegebenem Zustrom und Abstrom von Hydrauliköl, kann die Anschluß­ platte 38 dem unteren Ende des Bohrmastes 14 bei einer Änderung des Abstandes zum Fahrgestell und bei Änderungen in der Schrägstellung und der seitlichen Neigung folgen.

Wie aus Fig. 2 gut ersichtlich, schließen die Achsen der Arbeitszylinder 50, 52 mit den Geraden, die durch den Mittelpunkt des Bohrmastes 14 und den Gelenkzapfen 46 bzw. 48 gehen, einen rechten Winkel ein, so daß die Arbeitszylinder 50, 52 durch Drehmomente um die Achse des Bohrmastes aus­ schließlich auf Druck oder Zug, jedoch nicht auf Knickung beansprucht werden.

In Fig. 3 ist mit 68 ein Sumpf bezeichnet, aus welchem eine Pumpe 70 ansaugt. Deren Ausgang ist über ein von Hand betätigtes Ventil 72 mit den Druckanschlüssen der Antriebs­ motoren 24-1 und 24-3 verbunden werden. Diese Motoren sitzen einander bezüglich der Achse der Bohrstange 26 diametral gegenüber und dienen zum Antreiben der Bohrstange 26. Das am Auslaß der Antriebsmotoren 24-1 und 24-3 erhaltene ent­ spannte Hydrauliköl läuft über eine Leitung 74 in den Sumpf 68 zurück.

Der Arbeitsanschluß des Ventiles 72 ist ferner über eine Leitung 76 mit einem weiteren handbetätigten 2/2-Ventil 78 verbunden, welches zum Zuschalten der Antriebsmotoren 24-2 und 24-4 dient. Letztere werden dann in Gang gesetzt, wenn ein Bohrrohr zu drehen ist.

Zwischen den Arbeitsanschluß des Ventiles 78 und die Ein­ lässe der Antriebsmotoren 24-2 und 24-4 ist ein 2/2-Magnet­ ventil 80 eingefügt. Letzteres ist durch eine Feder 82 in die Schließstellung vorgespannt und kann durch Erregen des Magneten 84 aufgesteuert werden. Dieser wird durch einen Leistungsverstärker 86 gespeist, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Inverters 88 verbunden ist. Letzterer erhält sein Eingangssignal vom auf die Spannung im Seil 32 an­ sprechenden Fühler 34. Dieser ist so ausgebildet, daß er dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn im Seil 32 eine so große Zugspannung herrscht, wie sie durch das Eigengewicht des Seiles nicht erhalten werden kann. Unter diesen Umständen hängt dann die Bohrstange 26 aus dem Bohrloch herausgezogen am Seil 32 und durch Zuschalten der Leistung der Antriebs­ motoren 24-2 und 24-4 zur Leistung der Antriebsmotoren 24-1 und 24-3 kann keine Beschädigung der Bohrstange oder des Bohrwerkzeuges erfolgen.

Fig. 4 zeigt die externe Beschaltung des Arbeitszylinders 50. Dessen Arbeitsräume 90, 92 sind über Leitungen 94, 96 mit einem 4/2-Ventil 98 verbunden. Es handelt sich hierbei um ein leckfreies handgesteuertes Ventil, welches mecha­ nisch mit entsprechenden Ventilen für weitere zur Verstre­ bungsmechanik 30 gehörende Arbeitszylinder gekoppelt ist, wie in Fig. 4 durch eine gestrichelte Linie 100 angedeutet. Die Einlaßöffnungen des Ventiles 98 sind beide mit einer Leitung 102 verbunden, von welcher beim Bewegen der Kolben­ stange 54 nach links Hydrauliköl nachgesaugt werden kann, bzw. an welche beim Bewegen der Kolbenstange 54 in Fig. 4 nach rechts Hydrauliköl abgegeben werden kann.

In Abwandlung von Fig. 4 kann die Leitung 102 entfallen und können die beiden Arbeitsräume 90, 92 in der Freigabe­ stellung des Ventiles 98 direkt verbunden werden, wenn sich die Kolbenstange 54 auch vollständig durch den Arbeitsraum 92 erstreckt.

In Fig. 5 sind oberhalb und unterhalb der Mittelebene der Verstrebungsmechanik 30 zwei verschiedene Varianten wieder­ gegeben. Die obere Variante entspricht derjenigen nach Fig. 2, wonach die Enden beider Kolbenstangen 54, 56 mit einem gemeinsamen Gelenkzapfen 58 zusammenarbeiten. Beim unterhalb der Mittelebene gezeigten Ausführungsbeispiel sind dagegen zwei symmetrisch zur Mittelebene angeordnete Gelenkzapfen 58′ vorgesehen.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Verstrebungsmechanik 30 sind zusätzlich zu den Bohrungen 40 bei den Ecken noch weitere Bohrungen 104 vorgesehen, in welche in der Zeichnung nicht näher gezeigte Scherbuchsen eingesetzt werden. Auf diese Weise hat man eine Sollbruchstelle zwischen dem unteren Ende des Bohrmasten 14 und der Anschlußplatte 38, die auf­ bricht, wenn das auf das Fahrgestell 10 übertragene Dreh­ moment unzulässig groß werden sollte.

Bei der weiter abgewandelten Verstrebungsmechanik nach Fig. 6 sind Teile, die in Fig. 5 gezeigten Teilen funk­ tionsmäßig entsprechen, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Die beiden Arbeitszylinder 50, 52 verlaufen nun parallel zur Mittelebene der Verstrebungsmechanik 30 und die beiden Kolbenstangen 54, 56 sind jeweils über ein Kreuz­ gelenk mit dem Fahrgestell verbunden, welches zwei zuein­ ander senkrechte Gelenkzapfen 58′ bzw. 62′ aufweist.

Fig. 7 zeigt eine weiter abgewandelte für kleinere Reak­ tions-Drehmomente ausgelegte Verstrebungsmechanik 30. Die Anschlußplatte 38 ist über einen einzigen Arbeitszylinder 50 über ein Kugelgelenk 106 mit einem Ansatz 108 am vorderen Querträger des Fahrgestelles 10 verbunden.

In Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann man die hydraulischen Arbeitszylinder der Verstre­ bungsmechanik auch durch Teleskopführungen ersetzen, wobei deren gegeneinander bewegbare Teile mechanisch, z. B. durch Stifte oder dergleichen, in unterschiedlicher Stellung fest miteinander verbindbar sind.

Claims (13)

1. Fahrbares Bohrgerät mit einem Fahrgestell (10), mit einem Bohrmasten (14), der über eine Tragmechanik (12) mit dem Fahrgestell (10) verbunden ist, und mit einem auf dem Bohrmasten (14) angeordneten, auf ein Bohrwerkzeug arbeitenden Bohrantrieb (16), dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Bohrmasten (14) über eine drehmoment­ aufnehmende Verstrebungsmechanik (30) mit dem Fahrgestell (10) verbunden ist.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungsmechanik (30) eine Anschlußplatte (38) aufweist, welche die untere Stirnfläche des Bohrmasten (14) untergreift und mit dieser verbunden ist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Randkontur der Anschlußplatte (38) der Randkontur des Querschnittes des unteren Endes des Bohrmastes (14) entspricht.

4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatte (38) über Scher­ elemente mit dem Bohrmasten (14) verbunden ist.

5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungsmechanik (30) eine auf Biegung belastete Strebe (50) aufweist (Fig. 7).

6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungsmechanik (30) min­ destens einen in tranversaler Richtung von der Achse des Bohrmasten (14) weglaufenden Hebelarm (42, 44) und an den freien Enden der Hebelarme (42, 44) angreifende Streben (50, 52) aufweist (Fig. 2).

7. Bohrgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebungseinrichtung zwei symmetrisch zur Bohr­ mastmittelebene von der Achse des Bohrmastes (14) weglau­ fende Hebelarme (42, 44) aufweist.

8. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Achse eines Hebelarmes (42, 44) senkrecht auf der Achse der ihm zugeordneten Strebe (50, 52) steht.

9. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (50, 52) längenver­ stellbar sind.

10. Bohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (50, 52) teleskopähnlich ausgebildet sind.

11. Bohrgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (50, 52) hydraulisch verriegelbare (98) Arbeitszylinder sind.

12. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte der Streben (50, 52) am Fahrgestell (10) bzw. Bohrmasten (14) eine kardanische Gelenkanordnung (58, 62) oder eine Kugelgelenk­ anordnung (106) bilden.

13. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Bohrwerkzeug an einem Seil (32) hängend angebracht ist, gekennzeichnet durch einen Seilspannungsfühler (34), dessen Ausgangssignal auf einen Leistungsumschalter (80) des Bohr­ antriebes (16) gegeben wird.