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Bohrloch-Neigungsmesser Gegenstand ,der Erfindung ist .ein Gerät zur
Messung der Neigung von Bohrlöchern.
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Es sind bereits zahlreiche Geräte .dieser Art vorgeschlagen worden,
sie besitzen jedoch, sofern sie einigermaßen zuverlässige Resultate vermitteln sollen,
einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau und bedingen bei ihrer Anwendung einen
,gewissen Aufwand und zum Teil eine erheibliche Unterbrechung des Bohrbetriebes,
so daß .die Bestimmung .des Bohrlochverlaufes in den meisten Fällen nach Beendigung
der Bohrarbeiten vorgenommen wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Bohrlochnei:gungsmesser
zu schaffen, der, nach einem mechanischen Prinzip arbeitend, einen einfachen Aufbau
besitzt und zur laufenden Überwachung des Bohrlochverl,a.ufs. benutzt werden kann,
indem. das in seiner Bauart auf !den entsprechenden Durchmesser beschränkte Gerät
jedesm,al, bevor z. B. zwecks Auswechselns des Bohrmeißels das Bohrgestänge hochgezogen
werden muß, durch das hohle Bohrgestänge für kurze Zeit in die Meßtiefebefördert
und anschließend zusammen mit dem Bohrgestänge - wieder hochgezogen wird.
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Das neue Gerät kennzeichnet sich nach der Erfindung durch mehrere
vorzugsweise in einem :geschlossenen zylindrischen Gehäuse übereinander angeordnete
trichterförmige Kegelflächen unterschiedlicher Neigung mit auf diesen befindlichen
bzw. auf .diese nacheinander leitbaren Kugeln, aus deren Verhalten auf den Kegelflächen
auf die Bohrlochneigung geschlos:sen wird.
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Bei einem einfachen und zweckmäßigen Ausführungsbeispiel eines solchen
Gerätes sind die trichterförmigen Kegelflächen, deren Neigung vom Kopf des Gerätes
nach unten zu abnimmt, mit einer zentralen Bohrung versehen, durch die eine z. B.
in ihrem oberen Ende .mit einer ringnutenförmigen Verengung versehene Stange geführt
ist, die nach Erreichen .der Meßstelle durch selbsttätiges Niedergehen einer oder
mehreren auf der
obersten Kegelfläche befindlichen Kugeln nacheinander
den Weg zu .den .einzelnen Kegelflächen freigibt. Zu diesem Zweck kann das untere
und/oder obere Ende der Stange nach Art eines in einem Zylinderdicht abschließenden
beweglichen Kolbens ausgebildet sein, der unter der Wirkung des Eigengewichtes der
Stange oder mit Hilfe von Federn eine langsairne Abwärtsbewegung ausführt. Die zu
Beginn der Messung auf der obersten und steilsten Kegelfläche befindliche Kugel
wird beim Niedergehen der Stange nacheinander so lange auf :die jeweils nächstfolgende
weniger steile Kegelfläche gelangen, bis die zu messende Abweichung des Gerätes
von der Vertikalen größer ist als die Neigung .der Kegelfläche gegen ,die Normalebene
der Geräteachse. Ist dies nicht mehr der Fall, d. h. ist die Abweichung gleich oder
kleiner, so bleibt die Kugel auf der betreffenden Kegelfläche bzw. rollt zum Außenrand
hin und wird durch die Weiterbewegung der Stange in, den diese Fläche enthaltenden
Raum eingeschlossen. Nach :dem Hochziehen des Gerätes kann dann durch am Gerät vorgesehene
Fenster beobachtet werden, auf welcher Kegelfläche sich die Kugel befindet und .damit
direkt die Neigung des Gerätes abgelesen werden, wenn dieses zuvor entsprechend
geeicht worden ist. Beispielsweise über Bohrungen, mit denen die einzelnen Kegelflächen
in Verbindung stehen und welche sämtliche Flächen miteinander verbinden, kann dann
durch eine einfache Kippbewegung des Gerätes und Betätigung eines die Bohrungen
öffnenden und schließenden Schiebers ,die Kugel wieder auf die oberste Kegelfläche
gebracht werden.
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Statt einer oder mehrerer Kugeln auf der obersten Kegelfläche kann
man auch eine Kugel auf jeder Kegelfläche anordnen und eine an ihren oberen Ende
offene hohle Stange vorsehen, durch die beim Niedergehen alle die Kugeln nacheinander
in einen Sammelbehälter fallen, die sich auf einer Kegelfläche befinden, deren Neigung
gegen die Normal-ehene der Geräteachse kleiner ist .als die Abweichung des Gerätes
von der Vertikalen. Atis der Zahl der hindurchgefallenen bzw. der restlichen Kugeln
kann man dann wieder auf die Neigung des Bohrloches schließen.
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Diese beiden Ausführungsbeispiele sind in den Abb. n und a der beiliegenden
Zeichnung in schematisierter Darstellung wiedergegeben und im folgenden näher beschrieben.
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In Abb. i sind in einem nur teilweise dargestellten zylindrischen
abgeschlossenen Gehäuse i, das von einem Schutzrohr :2 umgeben ist, übereinander
mehrere mit trichterförmigen Kegelflächen 3 bis 9 unterschiedlicher Neigung versehene
Ringkörper io bis 16 angeordnet. Die Neigung der Flächen nimmt vom Kopf des Gerätes
nach unten zu ab. Di, Anzahl der im Gerät vorzusehenden Kegel flächen richtet sich
nach dein gewünschte Meßbereich. Die Ablesegenauigkeit richte sich nach dem Unterschied
in der N eigunz zweier aufeinanderfolgender Kegelflächen Soll der Anzeigefehler
nicht größer als 1f2` "erden, so dürfen die Neigungen von zwe aufeinanderfolgenden
Kegelflächen nur um l/2` verschieden sein. Die Ringkörper io bis i( besitzen eine
zentrale Bohrung, durch die eine in ihrem oberen Teil mit einer ringnutenförmigen
Verengung 17 versehene, in vertikaler Richtung bewegliche Stange i8 geführt ist,
die in ihrer obersten und untersten Lage alle zwischen den einzelnen Ringkörpern
gelegenen Räume gegeneinander abschließt. Am unteren Ende ist die Stange i8 nach
Art eines in einem Zylinder i9 dicht abschließenden, gegen die Wirkung einer Feder
2o beweglichen Kolbens 21 ausgebildet, der die Abwärtsbewegung der Stange 18, die
langsam erfolgen muß, zu regulieren hat. Unter der Wirkung ihres Eigengewichtes
wird die Stange somit sich selbst überlassen, aus der Ausgangslage eine langsame
Ab-,värtsbewegung ausführen und hierbei einer auf der obersten Kegelfläche 3 befindlichen
Kugel --, über die Verengung 17 nacheinander den Weg zu den tiefer liegenden Kegelflächen
q. bis 9 freigeben. Die Ringkörper besitzen waagerechte Bohrungen 23 bis 29 mit
davor im Gehäuse i angebrachten Fenstern 30 bis 36, durch die hindurch nach
der Messung festgestellt werden kann, auf welcher Kegelfläche sich die Kugel 22
befindet. Auf der gegenüberliegenden Seite besitzen die Ringkörper weitere waagerechte
(39 bis 45) und senkrechte Bohrungen .46 bis 51, über die sämtliche Kegelflächen
miteinander in Verbindung stehen. Sie dienen dazu, wie weiter unten gezeigt wird,
die auf einer beliebigen Kegelfläche befindliche Kugel nach der Messung wieder auf
die oberste Kegelfläche zu bringen. Die waagerechten Bohrungen 39 bis 45 sind hierbei
mittels eines mit nicht gezeichneten versetzten Öffnungen versehenen Schiebers 52
gemeinsam zu verschließen und freizugeben.
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Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Das Gerät, dessen Außendurchmesser
etwas kleiner als der innere Durchmesser des hohlen Bohrgestänges gewählt ist, wird
innerhalb des letzteren in das Bohrloch hinabgeworfen, so daß es unmittelbar oberhalb
des Bohrmeißels zu liegen kommt. Die Kugel 22 liegt vor dem Hinablassen des Gerätes
auf der obersten Kegelfläche 3, und die Stange 18 nimmt ihre oberste Lage ein. Während
der Fahrt des Gerätes bis zur Meßtiefe beginnt die Stange bereits ihre langsame
Abwärtsbewegung, die
indessen so einreguliert ist, daß erst nach
Erreichen der Meßtiefe die Stange eine Lage erreicht, bei der die Verengung 17 der
Kugel den Weg zu den anderen Kegelflächen freizugeben beginnt. Die Kugel fällt nun
so lange auf die nächstfolgende Kegelfläche, bis die zu messende Abweichung des
Gerätes von der Vertikalen (Neigung des Bohrloches) größer ist als die Neigung der
Kegelfläche gegen die Normalebene der Instrumentenachse. Andernfalls rollt die Kugel
auf der betreffenden Kegelfläche nach außen. Durch die Weiterbewegung der Stange
18 nach unten wird die Kugel in dem die betreffende Kegelfläche enthaltenden Raum
eingeschlossen. Nachdem das Gerät zusammen mit .dem Bohrgestänge zutage gebracht
worden ist, kann dann bei entsprechender Haltung des Gerätes, bei der die Kugel
in eine der Bobrungen 23 bis 29 läuft, durch einen Blick durch die Fenster 3o bis
36 festgestellt werden, von welcher Kegelflächenneigung an die Kugel nicht mehr
zu den Barunterliegenden Kegelflächen geringerer Neigung gelangte," wie groß also
die Neigung des Gerätes und damit des Bohrloches ist. Um die Kugel wieder auf die
oberste Kegelfläche zu schaffen, kippt man nach Niederdrücken des Schiebers 52,
wobei die Bohrungen 4o bis 45 freigegeben werden, das Gerät dreimal in derWeise,
daß dieKugel über die waagerechten (39 bis 45) und senkrechten Bohrungen 46 bis
51 schließlich in dem die oberste Kegelfläche 3 enthaltenden Raum gelangt. Mittel,
um die Stange i8 wieder in die Bereitschaftsstellung zu bringen, sind nicht weiter
angedeutet worden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abh. 2 sind gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen der Abb. i versehen worden. In einem von einem Schutzrohr 2 umgebenen
geschlossenen zylindrischen Gehäuse i ist wieder eine Anzahl übereinanderliegender
trichterförmiger Kegelflächen 3 bis 9 in der gleichen Ausbildung und Anordnung wie
im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Durch die zentrale Bohrung der die trichterförmigen
Kegelflächen 3 bis 9 aufweisenden Ringkörper io bis 16 ist eine im oberen Teil hohl
ausgeführte Stange 18 geführt, die am Kopf 53 offen und in halber Höhe eine seitliche
Öffnung 54 besitzt. In ihrem unteren Teil ist sie wie in iibb. i ausgebildet. Das
Gehäuse i bildet zwischen dem Zylinder i9 für den Kolben 2i und dem von den Ringkörpern
io bis 16 eingenommenen Raum eine Art Sammelbehälter 55, der, mit einem Fenster
56 versehen, dem weiter unten beschriebenen Zwecke dient. Auf jeder der Kegelflächen
3 bis 9 liegt eine Kugel 57 bis 63. Beim Niedergleiten der Stange 18 können diese
bei senkrechter Lage des Gerätes nacheinander sämtlich über die Öffnung 53 durch
die Stange und seitliche Üfnung 54 hindurch in den Sainmelbebälter fallen. SämtlicheRingkörper
io bis 16 besitzen eine durchgehende, mit dem Sammelbehälter i8 in Verbindung stehende
Bohrung46bis51, die ihrerseits über waagerechte Bohrungen 39 bis 45 in den Ringkörpern
mit den einzelnen Kegelflächen in Verbindung steht. Diese waagerechten Bohrungen
sind, wie im ersten Ausführungsbeispiel, mittels des mit nicht gezeichneten versetzten
Öffnungen versehenen Schiebers 52 zu verschließen und freizugeben. 1-Tit 64 sind
Fenster zum Beobachten der Bohrungen 46 bis 51 bezeichnet.
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Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Vor dem Hinablassen des-
Gerätes in das Bohrloch innerhalb des Bohrgestänges nimmt die Stange i8 die gezeichnete
Lage ein, und auf jeder Kegelfläche befindet sich eine Kugel. Hat das Gerät die
:\Teßtiefe erreicht, so beginnt der Kopf der Stange i 8 die Bohrimgen der einzelnen
trichterförmigen Kegelflächen freizugeben, so da.ß die auf diesen Flächen befindlichen
Kugeln nacheinander durch die Stange hindurch in den Sammelbehälter 55 fallen können.
Die Anzahl der durch die Stange in deii Behälter fallenden Kugeln richtet sich null
nach der jeweiligen Neigung des Gerätes zur Vertikaler. Es werden alle Kugeln von
den Kegelflächen in die Stange rollen, deren -Neigung gegen die Normalebene der
Instrumentenachse kleiner ist als die zu messende Abweichung des Gerätes von der
Vertikalen (Neigung des Bohrloches). Nachdem das Instrument wieder oben ist, kann
dann aus der Zahl der im Sammelbehälter 55 befindlichen Kugeln sofort wieder auf
die Neigung des Bohrloches geschlossen werden. Beim Hochziehen des Instrumentes
werden zwar auch die in der Meßtiefe auf den Kegelflächen verbliebenen restlichen
Kugeln in die Stange nachfallen. Daß diese nicht ebenfalls in den Sammelbehälter
fallen, läßtsich in einfachster Weise dadurch verhindern, daß die Öffnung 54 in
der tiefsten Lage der Stange r8 nicht mehr in den Sainmelbehälter mündet, sondern
unterhalb desselben zu liegen kommt. Um die Kugeln wieder auf die einzelnen Kegelfläcbeii
zu bringen, werden diese durch schräges Halten des Gerätes zunächst in die senkrechte
Bohrung 46 bis 51- gerollt und von dort nach Kippen des Instrumentes und Öffnen
des Schiebers j2 durch die waagerechten Bohrungen 39 bis 45 in die Kegelflächen
enthaltenden Räume fallen gelassen, nachdem zuvor die Stange 18 wieder in ihre Ausgangsstellung
gebracht ist.
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Statt die zentralen Bohrungen der trichterförmigen Kegelflächen wie
in den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen mittels
einer
Schubstange freizugeben,' sind auch Geräte denkbar, bei denen diese zentralen Bohrungen
durch Schieber, Klappen o. dgl. abgeschlossen sind, welche sich bei Erreichen der
Meßtiefe beispielsweise durch Federwerkantrieb selbsttätig nacheinander öffnen und
schließen.
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Schließlich sind noch Geräte denkbar, bei denen die Anzeige zum Teil
elektrisch erfolgt, in der Weise z. B., daß die auf jeder ohne zentrale Bohrung
hergestellten Kegelfläche vorgesehene Kugel aus elektrisch leitendem Material besteht
und am oberen Randteil jeder Kegelfläche ein um die Kegelfläche herumlaufender isolierter
Kontaktring angeordnet ist, der zusammen mit der Kegelfläche einen Teil eines durch
die Kugel schließbaren elektrischen Anzeigestromkreises bildet.