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Gesteinsdrehbohrmaschine mit Vorschubspindel und Spülwasseranschlußkopf
Die Erfindung betrifft einen Spülwasseranschlußkopf, wie er insbesondere bei mit
hoher Geschwindigkeit arbeitenden Bohrmaschinen zur Führung von unter hohem Druck
stehendem Wasser von einer Zuführungsleitung zu einer hohlen Bohrstangenanordnung
Verwendung findet.
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Es ist Gegenstand der Erfindung, einen Spülwasseranschlußkopf vorzusehen,
der eine Flüssigkeitszuführungsleitung o. dgl. und die Vorschubspindel oder Bohrstangenanordnung
einer Drehbohrmaschine wirkungsvoll verbindet, während er die röhrenförmige Welle
in der Spülwasseranschlußkopfanordnung in Flucht mit der Vorschubspindiel oder einer
Bohrstange hält, so daß die Flüssigkeitsdichtung der Anordnung zufriedenstellend
arbeitet. Weiter ist es Gegenstand der Erfindung, das Undichtwerden der Flüssigkeitsdichtung
in einem Spülwasseranschl,ußkopf dadurch zu vermindern oder zu beseitigen, daß die
röhrenförmige Welle des Spülwasseranschlußkopfes in Flucht mit der Achse der Vorschubspindel
oder Bohrstange gehalten wird, um dadurch ein Drehen der Welle zu verhindern, wodurch
sonst die Flüssigkeitsdichtflächen zwischen den sich drehenden und den festen. Teilen
der Flüssigkeitsdichtung beschädigt oder gegeneinander versetzt wurden.
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Die Erfindung ist ferner auf einen dauerhaften, Flüssigkeit führenden
Spülwas.s'eranschlußkopf gerichtet, er so ausgebildet ist, daß er starker Beanspruchung
gewachsen ist und der Flüssigkeitsaustritt
durch die sich drehenden
Elemente einer den Spülwasseranschlußkopf bildenden Flüssigkeitsdichtung stark vermindert
wird.
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Weitere Ziele und, Baueinzelheiten nach der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Die Zeichnungen
zeigen in Fig. i eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Bohrvorrichtung,
wobei die Gegenwelle, der Vorschubspindelantrieb, die Vorschubspindel, die Bohrstange
und Kupplung, der Spülwasseranschlußkopf und die Wasserzuführungsleitung zu sehen
sind, Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht im Längsschnitt des Spülwasseranschlußkopfes
mit der Flüssigkeitsdichtung und der Vorschubspindel und ferner der Vorschubspindel
in Verbindung mit der Bohrstange und der Bohrstangenkupplung, Fig. 3 einen Querschnitt
längs der Linie 3-3 nach Fig. 2 und im gleichen Maßstab wie in Fig. 2, Fig. 4 eine
verkleinerte Seitenansicht einer Abänderung nach der Erfindung, die den Spülwasseranschlußkopf
an einem Bohrstangenteil angekoppelt zeigt, Fig. 5 eine Einzelansicht des gespalteten
Halterungsringes nach Fig. 2, Fig.6 eine Einzelansicht zweier Verstärkungshülsen,
die zur Flüssigkeitsdichtung gehören und Fig. 7 einen Querschnitt, ähnlich wie in
Fig.4, eines Teiles der Bohrvorrichtung in vergrößertem Maßstab.
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Nach den Zeichnungen ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
Drehbohrmaschine dargestellt. Der Bohrstangenteil 5 ist durch zwei Kupplungseinheiten
6 und 7 mit einer Vorschubspindel 8 verbunden. Die Kupplung 6 weist einen mit einem
Außengewinde versehenen Vorderteil 9 auf, der in den Bohrstangenteil 5 geschraubt
werden kann, und besitzt ferner einen mit einem Außengewinde versehenen rückwärtigen
Teil io zum Einschrauben, in die Kupplung 7. Die Kupplung 7 besitzt an ihrem hinteren
Teil eine mit Schraubengewinde versehene Bohrung zur Aufnahme des vorderen Endes
der Vorschubspindel8. Wenn die Vorschubspindel8 sich drehend, wie es im folgenden
beschrieben wird, nach vorn bewegt, wird eine entsprechende Bewegung auf den Bohrstangenteil
übertragen, wobei sich der Diamantbohrkern am äußeren Ende der Bohrstangena.nordnung
(nicht gezeichnet) in: die Erde bohrt. Nachdem der Bohrkern eine bestimmte Strecke,
beispielsweise annähernd' 6o cm vorgerückt ist, kann ein weiterer Bohrstangenteil
hinzugefügt werden. Zu diesem Zweck wird die Kupplung 7 von der Kupplung 6 abgeschraubt,
wobei dieKupplung 6 weiter mit dem Bohrstangenteil 5 verschraubt bleibt; die Vorschubspindel
mit ihrer Kupplung 7 wird zurückgezogen; ein zusätzlicher Stangenteil (nicht gezeichnet)
wird auf dem rückwärtigen, mit Schraubengewinde versehenen Teil io der Kupplung
6 geschraubt; eine weitere Kupplung (nicht gezeichnet) derselben Bauart wie 6 in
den rückwärtigen, mit einem lnnengewinde verseheneil Teil des neueingesetzten Bohrstangenteiles
geschraubt und die Kupplung 7 auf den rückt@-:irtigen. niit Außeng *iide vcrsclienen
Teil des neueingesetzten Teiles aufgeschraubt. Die Maschine befindet sich dann in
einem Zustand, in dem der ßolirvoi,gang @ve.iter fortgesetzt werden kann.
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Der Diamantbohrer schiebt sich in die Erde mit einer Rechtsdrehung,
nach vorne gesehen, vor. Dementsprechend sind die ßohrstangenteile und die Kupplungen
6 und 7 mit Rechtsgewinden versehen. Auch das vordere Ende der Nrorschubspindel
ist zur Verbindung mit der Kupplung 7 finit einem Rechtsgewinde ausgebildet. Der
Hauptteil der Vorschubspindel weist dagegen ein Linksgewinde auf. Der Vorschub zum
Bohren wird dadurch erzielt, daß die mit einem Linksgewinde versehene Vorschubspindel
im Uhrzeigersinn durch eine -\7orriclitung gedreht wird, die eine Antriebshülse
12 und eine Vorschubmutter 13 aufweist, die die Vorschubspindel hinter der Antr,iebsliülse
umgibt. Mine solche Vorrichtung ist in dem amerikanischen Patent 2331 179
beschrieben. Kurz zusammengefaßt wird die Antriebshülse 12 einer solchen Vorrichtung
durch das Übersetzungszahnrad i4 in die Vorschubmutter 13 durch ein Zahnrad vorgetrieben,
das vom Arbeiter aus den Geschwindigkeitstimschaltzahnrädern i #q ausgewählt wird,
wobei das tTl>ersetzungszahnrad 14 und die Geschwdndigkeitsunischaltzahnräder 15
auf die Gegenwelle 16 aufgekeilt sind. Die Vorschubmutter 13 wird gegen eine Längsbewegung
auf der Vorschubspindel durch ihre Schulter 17 gehalten, die auf der einen Seite
fegen die Zahnradgruppe 18 und' auf der anderen Seite gegen. das Drucklager i9 stößt.
Die Zahnradgruppe 18 wird durch das Lager 20 und die Sperrmutter 21, die auf die
andere Seite des Lagers 2o eingreift, axial gehalten. Die Antriebshülse 12 -,N-ird
gegen eine Längsbewegung auf der Vorschubspindel in beiden Richtungen durch die
Drucklader i9 festgehalten. Jedes der Geschwindigkeitsumschaltzahnräder i5 kann
auf die Vorschubmutter eine Geschwindigkeit übertragen, die größer ist als die,
mit der die Vorschubspindel 8 durch die Antriebshülse 12, wenn diese durch .das
Getriebe 14 betätigt wird, gedreht wird. Wenn infolgedessen die Vorrichtung den
Bohrer nach vorne treibt, sucht die Autriehsmutter sieh nach rückwärts bezüglich
der @'orschubspindel zu bewegen. Da aber die \'orsclitil>inutter gegen eine Längsbewegung
festgehalten ist, schiebt sich die Vorschubspindel in Bohrrichtung nach vorn. Um
die `'orscliubsliinclel zuriickzuziehen, wird die, Vorschubniuttcr 13 gegen eine
Drehung festgehalten, während die Vorschubspindel z\rangslätifig wie vorher und
in der gleichen [-)rehrichttin;g angetrieben wird.
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Die Vorschubspindel S (vfl. Fif. 2) ist mit einer Längsbohrung 22
versehen, die an ihrem vorderen Ende mit den hohlen Kuppltingcn 6 und 7 und den
liohleil Bohrstangen 3 und s und an ihrem rückwärtigen Ende mit einer Bohrung 23
kleineren Durchmessers, die durch den Spiilwass.eranschlußkopf zur Zuführungsleitung
25 fuhrt, verbunden ist. Das Wasser wird unter verhältnismäßig hohem Druck von der
Zuführungsleitung 25 durch die
Bohrung 23 zur Vorschul)spindelbohrung
22, die als Kammer 24 dient, und dann durch .die hohlen Kupplungen 6 und 7 und den
hohlen Bohrstangenteil 5 zum Bohrkopf (nicht gezeichnet) geführt. Wegen des verhältnismäßig
hohen Druckes sucht das Wasser aus der Kammer 2 mach rückwärts durch den Spülwasseranschlußkopf
zu entweichen. Um diesen Wasseraustritt zu verhindern, ist die FlüssigkeitsdichtUng
26 vorgesehen.
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Die Flüssigkeitsdichtung 26 sitzt auf dem vorderen Teil 27 der Mittelwelle
28. Die Mittelwelle 28 ist mit einem Zwischenteil 29 kleineren Durehmes,sers zwischen
ihr selbst und dem Vorderteil 27 und mit einem nach rückwärts vorstehenden. Teil
31 mit ebenfalls verringertem Durchmesser versehen. Der rückwärtige Teil
31 setzt sich in einen Hals 32 fort, der in einen an seinem äußeren Ende
mit einem Schraubengewinde versehenen, verjüngten Ansatz 33 übergeht. Der Ansatz
33 wird in die Zuführungsleitung 25 (vgl. Fig. r) geschraubt, die über das Ventil
35 mit einer entsprechenden Flüssigkeitsquelle (nicht gezeichnet) verbunden ist.
Der Z"vischenteil 29 trägt einen Lagerring36, auf dessen Rand eine Rinne 37 zur
Aufnahme eines Kugellagers 38 angebracht ist. Die Kugeln 38 laufen in einer äußeren
Rinne 39 und werden von dieser in ihrer Lage gehalten. Die äußere Rinne 39 ist mit
der Rinne 37 ausgerichtet und sitzt in einem Lagerring 4r, der im Gehäuse 42 des
Spülwasseranschlußkopfes untergebracht ist. Der rückwärtige Wellenteil
31 ist in gleicher Weise mit Kugellagern 43 versehen, die ,in Rinnen 46 und
47 in den Ringen 44 und 45 laufen, die in gleicher Weise wie die Ringe 36 und 41
befestigt sind.
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Die Kugellager dienen nicht nur zur Herabsetzung der Reibung bei der
Drehung des Gehäuses 42 um die Welle 28, sondern sollen auch eine axiale Verschiebung
des Gehäuses gegenüber der Welle verhindern und dabei die Welle in axialer Übereinstimmung
mit dem Gehäuse und der Vorschubspindel halten. Die Aufrechterhaltung dieser axialen
Ausrichtung ist eine wesentliche Eigenschaft der Erfindung, da ihr Fehlen bei Spiilwasseranschlußköpfen
im allgemeinen zu einer Verdrehung der Spülwa.sseranschlußkopfwelle führt, was ein
Ausbrechen von Teilen und damit ein Undichtwerden hervorruft. Dies ist besonders
dort der Fall, wo die Spülwasseranschlußkopfwelle sich derartig dreht, daß die darauf
befestigte Flüssigkeitsdichtung aus der Flucht mit den zusammenwirkenden Lagerelemente
gezogen wird.
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Das Gehäuse 42 besitzt einen vorderen Teil 48 geringeren Durchmessers,
dessen Umfang mit einem Gewinde 49 zum Eingriff in ein Innengewirnde 5o im rückwärtigen
Ende der Vorschubspindel 8 versehen ist. Ferner weist das Gehäuse eine Bohrung 51
und Gegenbohrungen verschiedenen Durchmessers 52, 53, 54, 55, 56, 57 und 58 auf.
Die Gegenbohrung 52 bildet einen Sitz für die Dichtung 6o, läßt aber genügend Spielraum
für den Dichtring 59. Die Gegenbohrung 53 bildet eine Kammer für die Flüssigkeitsdichtung
26, die Gegenbohrung 54 ist mit einem Abfluß 61 für den Austritt von Leckflüssigkeit
aus der Gehäusekammer versehen; die Gegenbohrungen 55 und 57 sehen Sitze für die
äußeren Laufringe der Kugellager 38 bzw. 43 vor, so daß diese Lageranordnungen sowohl
als Druckals auch als Drehlager dienen; die Gegenbohrung 56 bildet eine Fettkammer
um den Wellenteil 28 der Wasserwelle zur Schmierung der Kugellager 38 und
43; schließlich ist die Gegenbohrung 58 mit einem Gewinde zur Aufnahme des mit einem
Gewinde versehenen Stopfens 62 ausgebildet. Der Stopfen 62 bildet einen Abschluß
für den Spülwasseransc'hlußkopf und besitzt eine feinbearbeitete Bohrung 63, so
daß sich der Stopfen glatt auf dem rückwärtigen Teil 31 der Wasserwelle drehen kann.
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Die Flüssigkeitsdichtung 26 ist eine Normaldichtung und kann von der
Art sein, wie sie in dem amerikanischen Patent 2360372 beschrieben ist. Die
Flüssigkeitsdichtung besteht aus einem elastischen Dichtglied44 aus Gummi oder Gummiersatz,
wie Neoprene, und weist einen vorderen- Flansch 65 zur dichten Passung auf den vorderen
Wellenteil 27 auf. Der Innendurchmesser des Flansches 65 ist geringer als der Außendurchmesser
des Wellenteiles 27, wodurch der Flansch infolge seiner Elastizität dicht auf der
Welle sitzt. Nach rückwärts erstreckt sich eine biegsame Blasebalgfaltung, die eine
unmittelbare Verbindung mit dem rückwärtigen Ende bildet, dessen: Hinterfläche 66
direkt mit der Vorderfläche 68 der Reibungsscheibe 69 in Berührung steht und mit
ihm eine flüssigkeitsdichte Verbindung bildet. Die Scheibe 69 besteht aus einem
Stoff mit geringem Reibungskoeffizienten, beispielsweise Kohle, oder aus imprägniertem
Stoff, und ihre rückwärtige Fläche 70 ist glatt abgedreht, so daß eine überlappte,
flüssigkeitsdichte Laufverbindung mit der Fläche 71 des Metalldichtringes 59 entsteht.
Der Ring 59 dreht seich mit dem Gehäuse, während die Scheibe 69 fest auf der Welle
bleibt. Das Dichtglied 6o aus Gummi oder Gummiersatz, beispielsweise Neoprene, wird
zwischen den Dichtring 59 und das Gehäuse 42 eingesetzt und bildet einen Puffersitz
für den Dichtring 59, so daß dort eine leichte Drehung des. Ringes ohne Flüssigkeitsdurchtritt
vorhanden ist. Es ist zu bemerken, daß zwischen der Bohrung des Ringes und der Welle
und zwischen dem Umfang des Ringes und dem Gehäuse Spielraum vorhanden ist. Da die
Dichtung 64, wie bereits erwähnt, dicht auf die Welle aufgepaßt ist und aus elastischem
Werkstoff besteht, sucht sich ihr rückwärtiges Ende auszudehnen und übt dabei einen
Druck auf die Scheibe 69 aus, wodurch die Fläche 7o der Scheibe 69 flüssigkeitsdicht
auf der Fläche 71 dies Dichtringes 59 gehalten wird. Das flache Aufeinanderliegen
der Flächen 70 und 71 durch die ständige axiale Ausrichtung der Glieder 69
und 59, auf denen diese Flächen sitzen, ist wesentlich, um einen Flüssigkeitsaustritt
zu verhindern und, den wirkungsvollen. Betrieb der Dichtung zu erhalten. Auf dieses
Merkmal ist die Erfindung in der Hauptsache gerichtet.
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Die Hülsen 74 und 75, die auf dem Dichtglied 64 sitzen, verstärken
den Dichtsitz dieses Gliedes auf der Welle. Diese Hülsen sind locker miteinander
verzahnt;
damit sie sich bezüglich des Blasebalgteiles des Dichtgliedes 64 in Längsrichtung
bewegen können, so daß sich das Glied 64 längs der Welle strecken oder zusammenziehen
kann. Die Hülsen dienen ferner zur Verhinderung einer Drehung der Dichtanordnung
auf der Welle, die von einem Reibungseingriff des Ranges 59 und der Scheibe 69 herrühren
kann. Da der Flansch 65 der Dichtung 64 dicht auf der Welle sitzt und die Hülse
74 in d@ichtem Eingriff mit dem Flansch der Dichtung steht, hält der Eingriff der
Hülse 74 mit der Hülse 75 die Scheibe 69 gegen eine Drehung auf der Welle fest.
Zwischen dem Flansch 77 auf der Hülse 75 und dem Halterungsglied 78 sitzt
unter Druck eine Spiralfeder 76, um eine Längsbewegung der Hülsen längs der Welle
27 zu verhindern, nachdem diese Hülsen in der gewünschten Betriebsstellung angeordnet
worden sind. Das Glied 78 wird gegen eine axiale Bewegung durch den Haltering 79
festgehalten, der selbst gegen den geschlitzten! Ring 81 (Fig. 5) in der ringförmigen
Aussparung 82 auf dem Rand des Wellenteiles schlägt. Ein ringförmiges Lagerglied
88 ist auf der Welle 27 befestigt und in der Dichtung 64 angeordnet. Die Außenfläche
des Gliedes 88 ist konkav, so daß sie mit der Krümmung der Falte der Dichtung 64
übereinstimmt, und dient als Lagerung um die Falte der Dichtung in einer bestimmten
Stellung außerhalb der Welle 27 zu halten. Um die Außenfläche der Falte der Dichtung
64 ist ein geschlitzter Ring 87 angeordnet, der in eine Stellung in der Anordnung
gesprengt wird, so daß er die Falte der Dichtung in die konkave Oberfläche des ringförmigen
Lagergliedes 88 preßt. Das Glied 88 hält zusammen mit dem Ring 87 die biegsame Dichtung
in einer bestimmten Stellung zur Welle 27 und zur Scheibe 69, so daß das rückwärtige
Ende der Dichtung einen ständigen Druck auf die Scheibe 69 ausübt.
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Im Betrieb dreht sich die Vorschubspindel8, wenn sie durch die Kraftübertragung
von der Gegenwelle 16 betätigt wird, und rückt nach links vor, wie es bereits beschrieben
wurde, wobei sie den Diamantbohrer in das Erdreich treibt. Zusammen mit ihr dreht
sich das Gehäuse 42. Die Kugellager 38 und 33 sehen eine leichte Drehung des Gehäuses
bezüglich der Welle 28 vor und halten die Welle 28 mit ihrem Vorderteil
27 und ihrem rückwärtigen Teil 31 in starrer axialer Ausrichtung mit
der Achse der Vorschubspindel. Da die Flüssigkeitsdichtung 26 dicht auf dem vorderen
Wellenteil 27 sitzt, wird die Lagerfläche 7o der Scheibe 69 flach gegen die Vorderfläche
7 1 des Dichtringes 59 gehalten und, weil sich der Ring 59 mit dem Gehäuse
dreht, eine flüssigkeitsdichte Laufdichtung mit der Scheibe 69 erzielt.
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Eine andere Möglichkeit der Anordnung des Spülwasseranschlußkopfes
ist in Fig. 4 dargestellt. In diesem Falle ist der Spülwasseranschlußkopf durch
eine Kupplung 83 unmittelbar mit einem Bohrstangenteil 5 gekuppelt. Die Kupplung
83 weist einen mit Innengewinde versehenen kopfartigen Rückteil 84, der mit einem
mit einem vorderen Gewinde versehenen Teil 59 des Spülwasseranschlußkopfes im Eingriff
steht, und einen mit einem Außengewinde versehenen Vorderteil 85 auf, der
in den mit einem Innengewinde versehenen rückwärtigen Teil eines Bohrstangenteiles
eingeschraubt ist. Die Kupplung 83 ist mit einer Bohrung 86 versehen, die eine Durchflußverbindung
zwischen dem Spülwasseranschlußkopf und der hohlen Bohrstange bildet. Bei dieser
Kupplungsart wird die Bohrstange mit der Vorschubspindel durch ein Futter (nicht
gezeichnet) verbunden und schiebt sich mit der Vorschubspindel während des Bohrvorganges
vor.
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Die in der Beschreibung niedergelegtem Ausführungsformen nach der
Erfindung stellen bevorzugte Ausführungsbeispieile der Erfindung dar. Diese ist
deshalb nicht auf besondere Einzelheiten beschränkt, sondern erstreckt sich auch
auf dem Fachmann erkennbare Abänderungsmöglichkeiten.