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Bohrgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät, das, insbesondere
für Tiefbohren geeignet ist.
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Beim Bohren im Bergbau zur Herstellung von Bohrlöchern für verschiedene
Zwecke, Gewinnungsbohrungen, Schürfbohrungen, Brunnenbohrungen usw., unterscheidet
man das drehende Bohren und das stoßende Bohren. Bei dem Bohren wird ein Bohrkopf
mit einem entsprechenden Bohrer, Spiralbohrer, Fräserbohrer, Diamantbohrer, Fischschw-anzbohrer
usw., mit einem Bohrgestänge verbunden, und -bei Tiefergehen des Bohrers in das
Erdreich werden einzelne Verlängerungsstücke (Bohrstangen) hinten an die Bohrspindel
angeschraubt. Die zwei erwähnten Bohrsysteme werden auch als das trockene Bohren
und das Bohren mit Spülung bezeich: net. Bei dem sogenannten trockenen Bohren muß
der Bohrer, nachdem er eine bestimmte Strecke vorgegangen ist, aus der Bohrung herausgezogen
und das Bohrloch mit besonderen Werkzeugen, wie Ventilbüchse, Kolbenbüchse usw.,
gereinigt werden. Bei dein Bohren mit Spülung fällt dieser Prozeß aus. Die unter
einem Drück durch die hohlen Bohrstangen und durch das andere Werkzeug eingepumpte
Spülung, Wasser, Schlamm oder in besonderen Fällen Erdöl, spült die Bohrschneiden
stets rein ab, wühlt das erbohrte Material auf und treibt es aus dem Bohrloch zutage.
Durch solches Arbeiten kann schnell gebohrt werden.
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Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß insbesondere bei tief
in das Erdreich geführten Bohrungen die Bohrlöcher nicht senkrecht oder geradlinig
in die Tiefe verlaufen, sondern mit großen Abweichungen von der
anfangs
angenommenen Richtung mehr oder weniger Zickzack-form haben. Dies ist dadurch bedingt,
daß das Bohrgestänge mit dem Bohrkopf im Bohrloch nicht oder ungenügend geführt
wird. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß beispielsweise hei Auftreffen des Bohrers
auf harte Stellen, z. B. geneigt liegende Gesteinsschichten usw., der Bohrer seitlich
ausweicht, also die vorragende harte Stelle gewissermaßen teilweise umgeht und dadurch
das Bohrloch nicht rein rund ausbohrt und von der angenommenen Linie abweicht.
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Es ist bereits ein Bohrgerät für Tiefbohren bekannt, bei welchem auf
das Bohrgestänge in Abständen Fräser fest eingeschaltet sind, «-elche sich dauernd
mit dem Bohrgestänge drehen und an ihrer Ober- und Unterseite mit Fräserflächen
versehen sind. Mit solchen Fräsern kann eine Geradfiihrung des Bohrgestänges in
senkrechter Richtung nach unten nicht erreicht «-erden, denn in dem Augenblick,
in welchem der Bohrkopf mit dem Bohrer schief in das Erdreich usw. eindringen würde,
würden sich die Fräser in die Wandung des Bohrloches hineinfressen können und damit
den Bohrbetrieb stören.
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Weiterhin ist eine rohrartige Führung für Bohrgeräte bekannt, welche
mittels Walzenlager an der Bohrspindel derart gelagert ist, daß die Bohrspindel
sich innerhalb der- rohrförmigen Führung frei drehen kann, wenn sich das Führungsrohr
gegen die Walzen des Bohrlochs legt. Ein solches Führungsrohr, dessen Außendurchmesser
kleiner als der Durchmesser des Bohrlochs sein soll, würde die Möglichkeit der Entstehung
schiefer Bohrlöcher nicht verhindern. Außerdem würde es nicht möglich sein, bei
der Verwendung einer solchen Führung bei dem kleinen Spielraum zwischen Bohrlochwandung
und der Führung den im Bohrbetrieb benutzten Spülschlamm zusammen mit den von dem
Bohrer herausgeführten Gesteinsstücken usw. nach oben aus dem Bohrloch herauszufördern
bzw. ist die Gefahr einer schnellen V erstopfung des Bohrlochs an diesen Stellen
vorhanden.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist, ein Bohrgerät, insbesondere
ein Bohrgerät für Tiefbohren, zu schaffen, bei welchem die Gewähr dafür gegeben
ist, daß das Bohrloch stets lotrecht und gradlinig in die Erde hineingeführt wird,
und zwar auch bei größeren Tiefen.
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Gemäß der Erfindung ist an dem Bohrgerät ein Riehtungstnantel, Verrohrungsstüch,
derart vorgesehen, daß nach einer bestimmten l\'.elativbewegung zwischen ihm und
der Bohrspindel durch eine Kupplung eine Verbindung mit dem Bohrantrieb hergestellt
oder von ihm getrennt wird, wobei der Richtungsmantel mit einem Bohr- oder Schneidwerkzeug
versehen ist. Die Kupplung kann als Zahnkupplung ausgebildet sein, Der Richtungskörper
gemäß der Erltndung kann auch als eine Art Hilfsbohrgerät oder z iitzliclies
Bolirger, t ausgebildet sein und us, e# erfüllt so die Aufgabe, etwaige Unebenheiten
j und Unrundungen des Bohrlochs oder vorstehende Teile im Bohrloch wegzufräsen oder
auszubohren. Zu diesem Zwecke ist der Richtungskörper mit einem Bohrer, auch Fräser,
Meißel usw., versehen oder als solcher ausgebildet.
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Um bei der Verwendung eines Richtungskörpers gemäß der Erfindung beim
Drehbohren die Möglichkeit des Aufstiegs des Spülungsschlamms zu gewährleisten,
ist getnäß der Erfindung der Richtungskörper in solcher `-eise mit dem Bohrkopf
in Verbindung gebracht und so ausgebildet, daß der Bohrschlamm ungehindert zwischen
dem Richtungskörper und dem Bohrkopf nach oben im Bohrloch steigen kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung - sind zum Zwecke der Führung
des Richtungsmantels auf der Bohrspindel ein oder mehrere Lagersterne vorgesehen,
die itn Innern des Richtungsmantels befestigt sind und mit je einem Lager die Bohrspindel
umschließen. Dabei können vorzugsweise gemäß der Erfindung das eine oder mehrere
Führungslager zugleich als Auflager für den Richtungsmantel auf der Bohrspindel
ausgebildet sein.
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Die Verwendung der Lagersterne hat den Zweck, ein ungehindertes Durchtreten
des durch die hohle Bohrspindel zugeführten Bohrschlamms und gelöster Erdteile zu
gewährleisten, so daß gegenüber dem Arbeiten tnit der üblichen Schlammspülung durch
die zusätzliche Verwendung des Richtungskörpers gemäß der Erfindung keine Störung
eintritt.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung die 1löglichkeit gegeben, diese
Lagerung und einen auf der Bohrspindel angeordneten Teil als K=upplung auszubilden,
dergestalt, daß, wenn die beiden Teile eine bestimmte Relativbewegung zueinander
ausführen.zwischen der sich drehenden oder vorwärts gestoflenen Bohrspindel und
dem Richtungskörper eine Kupplung hergestellt wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Auflager für den
Richtungskörper oder -mantel auf der Bohrspindel als auf der Bohrspindel einstellbare
Stellringe ausgebildet, und sie besitzen vorzugsweise eine konische Stirnfläche,
die mit einer entsprechenden konischen Gegenfläche am Führungslager für die Bohrspindel
zusammen-4rbeitet. Auch derjenige Teil auf der Bohrspindel, welcher die Kupplung
zwischen der
Bohrspindel und dem Richtungskörper vornimmt, kann
einstellbar und in verschiedenen Lagen feststellbar ausgebildet sein, so ,daß die
Größe der Relativbewegung zwischen Richtungskörper und Bohrkopf verändert werden
kann, bei welcher dann die Kupplung zwischen den beiden Teilen eintritt. Zweckmäßig
ist die untere Stirnfläche des Richtungskörpers, insbesondere bei der Verwendung
des Bohrgeräts gemäß der .Erfindung beim Drehbohren, als Fräser ausgebildet, oder
ein solcher Fräser ist mit diesem Richtungskörper auswechselbar verbunden.
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Bei der Verwendung des Bohrgeräts gemäß der Erfindung- zum Stoßbohren
kann die Kupplung zwischen der sich vorbewegenden Bohrspindel und :dem Richtungskörper
als eine Reibungskupplung ausgebildet sein; z. B. kann die Stirnfläche eines an
der Bohrspindel ausgebildeten Stehteiles mit einer entsprechenden Stirnfläche an
der Führung oder Lagerung des Richtungskörpers zusammenarbeiten, so daß im gewünschten
Falle zugleich mit dem Vortrieb des Stoßbohrers ein Vortrieb des Richtungskörpers
erfolgt.
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Bei der Verwendung des Bohrg--räts zum Stoßbohren kann der unteren
Stirnfläche des Richtungsmantels ein Ringmeißel oder ein ähnlich gestaltetes Werkzeug
zugeordnet oder die Stirnfläche des Richtungsmantels selbst als Ringmeißel ausgebildet
sein.
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Zweckmäßig ist gemäß der Erfindung das obere Ende des Richtungskörpers
sich konisch verjüngend ausgebildet und mit einer Anzahl von Löchern versehen, um
beim Herausziehen des Bohrkopfes mit dem Richtungskörper die im Bohrloch gegebenenfalls
nachgefallenen Erd- oder Gesteinsteile durch den Richtungskörper hindurch in den
unteren Teil des Bohrlochs fallen zu lassen, um so ein Festklemmen des Körpers und
Einreißen der Bohrlochwandung zu vermeiden.
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In der beiliegenden Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung
beispielsweise zur Darstellung gebracht.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen Bohrkopf mit
Richtungskörper in einem Bohrloch. -Fig. 2 zeigt die gleiche Querschnittsansicht,
jedoch in anderer Stellung des Richtungskörpers Bund des Bohrkopfes zueinander.
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Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Führung für den Richtungskörper von
oben, Fig..I eine Draufsicht des Stellteiles, Fig.5 eine Draufsicht eines Teiles
der Kupplung zwischen der Bohrspindel und dem Richtungskörper, Fig. 6 eine Seitenansicht
des unteren Teiles des Richtungskörpers und Fi.g.7 eine Unteransicht des Richtungskörpers.
Es bezeichnet 1 das Bohrloch, in welchem in üblicher Weise vermittels eines Bohrgestänges
2 ein Bohrer 3 an einem Bohrkopf .I (?Muffe) angeordnet ist. Der Bohrer hat bei
der dargestellten Ausführungsform die Gestalt eins bekannten Fischschwanzbohrers.
Die Bohrspindel 2 ist zum Zuführen` von Spülungsflüssigkeit unter Druck hohl ausgebildet;
diese Flüssigkeit tritt aus den Öffnungen 25 des Bohrers 3 heraus. Am oberen Ende
der Bohrspindel ist in üblicher Weise ein Gewindeanschlußstück 5 zum Anschließen
weiterer Spindelteile oder Bohrstangen bei Tieferbohren vorgesehen. Auf der Bohrspindel
2 :st weiterhin ein Tragkörper, z. B. ein Stellring bzw. eine Stellmuffe 6, vorgesehen,
die vermittels Schrauben; in verschiedenen Stellungen auf der Bohrspindel 2 eingestellt
und festgestellt werden kann. Dieser Stellring 6 ist an einer Stirnfläche 8 konisch
ausgeb?ldet, und auf diese Stirnfläche 8 legt sich eine entsprechende konische Stirnfläche
g einer die Bohrspindel umgebenden Führungsbüchse 1o. Diese Führungsbüchse 1o. steht
über Lagerarme 11 oder einen Lagerstern, z. B. vermittels eines Führungsringes 12,
in fester Verbindung mit einem später im einzelnen zu beschreibenden Richtungskörper
oder -mantel 13.
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Auf der Bohrspindel 2 ist ein zweiter Stehteil, z. B. Stellring 1d.,`
vermittels Schrauben 15 einstellbar befestigt, und dieser Stellring trägt an seiner
Unterseite einen Kupplungsteil, der :bei der dargestellten Ausführungsform als eine
Zahnung 16 ausgebildet ist. Am unteren Ende des Richtungskörpers 13 befindet sich
eine weitere Führungsbüchse 17 für die Bohrspindel 2, und diese Führungsbüchse 17
steht über Lagerarme oder einem Lagerstern 18, zweckmäßig unter Zwischenschaltung
eines Einsatzringes 1g, ebenfalls mit dem Richtungsmantel 13 in fester Verbindung.
Die Lager- oder Führungsbüchse 17 ist an ihrer Oberseite mit einem Kupplungsteil
2o versehen, welcher bei der dargestellten Ausführungsform als Zahnkupplungsteil
ausgebildet ist und mit dem die Zahnung 16 des Stellteiles 14 zusammenarbeiten kann.
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Der Richtungsmantel 13, der zweckmäßig einen etwas kleineren Durchmesser
als der Bohrer hat, besteht aus einem hinter dem eigentlichen Bohrkopf angeordneten
zylindrischen Körper von Rohrform, welcher zum Zugang zur Bohrspindel 2 an geeigneten
Stellen mit einer Anzahl Öffnungen 21 versehen ist. Der Richtungsmantel 13 verjüngt
sich an seinem oberen Ende konisch, wie bei 22 angedeutet ist, und besitzt dort
eine Anzahl von (nicht gezeichneten) Öffnungen. Die untere Stirnseite des Richtungsmantels
13 ist
alS Bohr- oder Frä@werkzeug ausgebildet unJ trägt zu diesem
Zwecke einen Fräser 23, du7-auswechselbar finit dem Richtungsmantel 13 verbunden
werden kann.
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D:e Vorrichtung getniiß (fier Erfindung arbeitet wie folgt: Das Böhrgerät
wird in einen Schacht, der beim Tiefbohren gewöhnlich angelegt wird, hineingelassen
und durch Kreuzstücke im Schacht festgelegt. Sodann 1i(,1 durch Drch;n der Bohrspindel
2 durch bekannte Mittel in der gewünschten Richtung senkrecht oder schräg mit dein
Bohren begonnen. Beim iedergeliun des Bohrers 3 mit (fier Spindel 2 kommt ztilläclist
zwischen der Bohrspindel und dein Richtungsmantel 13 über die Kupplungsteile i6
1111,1 20 eillZ- Verbindung zustande, so daß Bohrer und Richtungskörper
sich gemeinsam in (1i: Bohrung hineindrehen. -Nachdem Bolirsl5:ndel und Richtungskörper
sich uni eine bestimmte 1_ütlge in <las Bohrloch hineingearbeitet haben und der
Richtungslcörper 13 sich aus den Kreuzstücken befreit hat, rutscht.er durch eigenes
Gewicht dein Bohrer nach, unterhr_cht die Kupplungsverbindung und bleibt
finit :einem oberen Auflager io auf den i Tragkörper !# der Bohrspindel 2 hängen.
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Es liegt nun der I:ichtunr-iiiantel in:t seiiir Lagerung in, 1T, 12
vermittels der konischen Fläche o auf der konischen Flüche 8 des Stellringes t-,
auf und bewegt sich mit dein Bohrkopf nach unten, ohne daß jedoch eine Drehbewegung
von vier Bohrspindel auf den Richtungsmantel übertragen wirrt. l11 dieser Lage befindet
sich der zweite Stellring 14 ni:t dein Kupplungsteil fit; außer Eingriff finit dem
anderen Kupplungsteil, wie in Fig. i dargestellt ist. Der Richtungsmantel13 rutscht
eiltsprechend der jor wärtsl>ewegttng der Bohrspindel 2 in die Tiefe nach.
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Es sei nun ail"enf)iiniien, (laß in (las Bohrloch. i bei @@"eiterb:tvegen
des Bohrers ein Gesteinsstück o. (1"l. eiliseaig vorragt. (tann bleibt der hiclittnigShörl)er
13 auf dieseln Hindernis stehen.
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Das in das Bohrloch vorragende Stück ist in Fig. i und _' niit dein
Bezugszeichen 2d benannt.
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Bei Weiterbewegung der Bohrspindel 2 finit dem Bohrer nach unten tritt
zwischen dem 71u111110111- feststellenden Richtungsmantel i3 und der Bohrspindel
? in Richtung 'ihrer Längsachsen ei7ie Relativbewegung ein. Gleichzeitig mit dieser
Bewegung nähert sich der Kupplungsteil i.1, i3, 16 auf cler Bolir-Spindel 2 dein
anderen Kupplungsteil i; bis des Riehtung-sinantels 13, und es findet nach genügender
Abwürtshuwegung der Bohr- I Spindel ? eine Kupplung zwischen den beiden I 1 l#,ul?pluligstrilell
l(1 und 20 statt. Diese Stellang ist in Fi-. : dargestellt. Die Verbindung zwischen
der Bohrspindel und dem Richtungsmantel kann auch stattfinden, falls der Bohrer
3 das Bohrloch nicht kreisrund ausgebohrt hat. Von diesem Augenblick an wird bei
weiterer Drehbewegung der Bohr-Spindel 2 der Richtungsmantel 13 initgedreht. und
sein Werkzeug 23 arbeitet die in dein Bohrloch i befindliche vorspringende Stelle
2 oder die L"nrundung weg. Sobald diese Unebenheit oder L"nrundung im Bohrloch weg-,'
gearbeitet ist, kann der Richtungsmantel 13 ' durch sein Schwergewicht frei nachsacken.
Dadurch wird selbsttätig die Kupplung zwischen den Teilen 16 und 2o aufgehoben,
und der Richtungsmantel oder Richtungskörper sackt dem Bohrer nach, wobei sich seine
Lagerführung wieder auf den Tragteil6 der Bohrspindel 2 auflegt. Durch den Richtungsmantel
wird also das Abweichen der Bohrung durch das obengenannte Hindernis 24 Verhindert
und das Bohrloch in lotrechter oder geradliniger Richtung hergestellt.
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Der geschilderte Vorgang wiederholt sich. sooft in dem Bohrloch unrunde
Stellen vorkommen werden, welche bestrebt sind, die Bohrspindel aus der geradlinigen
Richtung herauszubringen.
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Werin der Bohrer ausgewechselt oder nachgeschliffen werden muß, wird
gewöh:ilich (las ganze Bohrgestänge zusammen mit nein Richtungsmantel nach oben
gezogen: hierbei übt der Richtungsmantel auf die Wandungen des Bohrloches eine glättende
Wirkung aus.
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Das Bohrgerät gemäß der Erfindung kann auch für das Stoßbohren erfolgreiche
@"erwendung finden.
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Die bei der dargestellten Ausführungsform verwendeten Kupplungsteile,
d. h. Stellring und Führungsbüchse 14 und 1; ohne Zahnkupplungsteile i6 und 2o ausgebildet,
können als einfache Reibscheiben oder als Stoßflächen ausgebildet sein, so daß be:ni
Vortreiben des Bohrers und bei Auftreten von vorspringenden Gesteinsteilen, Unrundungen
o. dgl. im Bohrloch, wenn die Bewegung des Richtungsmantels hinter der Vorbewegundes
Rohrkopfes zurückbleibt, der Richtungsmantel stoßweise über die Stoß- oder Reibungsflächen
mitgenommen wird. Bei dieser Ausführungsform muß zweckmäßig am unteren Ende des
Richtungsmantels an Stelle des Fräserschuhes ein Meißelschuli vorgesehen sein.
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Der Richtungskörper gemäß der Erfindung kann aus einer Mehrzahl von
handelsüblichen Stahlrohren zusammengestellt sein.
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Entsprechend dein Gewicht und vier gewünschten Größe des Richtungsmantels
kön- i nun bei der praktischen Ausführung der Erfindung eine Mehrzahl von einstellbaren
Auflagern
für den Richtungsmantel vorgesehen sein. Auch besteht
die Möglichkeit, eine Mehrzahl von Kupplungen, falls notwendig, zwischen der Bohrspindel
und dem Richtungsmantel vorzusehen.