DE937763C

DE937763C - Fluessigkeitsbetaetigter Stossantrieb, insbesondere fuer Erdbohrer

Info

Publication number: DE937763C
Application number: DEH19111A
Authority: DE
Inventors: William Harrison Cline Jun
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1953-05-01
Filing date: 1954-01-26
Publication date: 1956-01-12
Also published as: US2774334A; GB749328A; FR1095678A

Description

Die Erfindung betrifft eine durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium (beispielsweise Druckwasser, Preßluft od. dgl.) angetriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung, insbesondere als Stoßantrieb in Verbindung mit einem Erdbohrer für Tiefbohrungen, dessen Bohrwerkzeug vorzugsweise als kombinierter Dreh- und Stoßbohrer arbeitet.

Der Stoßantrieb und der damit ausgerüstete Erdbohrer soll folgende Anforderungen erfüllen:

Er soll eine gedrungene Bauart aufweisen und eine geringe axiale Ausdehnung haben, so daß die damit versehene Bohrvorrichtung leicht in dem Bohrloch auf- und abbewegt werden kann.

Trotz geringerer äußerer Abmessungen soll die Bohrvorrichtung rauher Behandlung und starken Beanspruchungen gewachsen sein, was bei Stoßbohrern für Tiefbohrungen außerordentlich wichtig ist.

Der mit dem Stoßantrieb auegerüstete Erdbohrer soll eine hohe Bohrleistung ergeben, wenn die gegebenen Verhältnisse die Anwendung eines schweren Gewichtes ganz oder teilweise verbieten und der Bohrer daher nur mit geringem Gewicht belastet wird.

Der mit dem Stoßantrieb ausgerüstete Erdbohrer soll ferner bei Belastung mit geringem Gewicht eine hohe Bohrleistung auch in solchen Formationen erzielen, die im allgemeinen die Anwendung eines schweren Gewichtes verlangen.

Der Stoßantrieb soll lediglich durch das flüssige oder gasförmige Medium bewegt werden, so daß die Verwendung von Betätigungsfedern mit den ihnen anhaftenden Nachteilen in Fortfall kommt.

Der mit dem Stoßantrieb ausgerüstete Erdbohrer soll keine unter hohem Druck erfolgende Flüssigkeitsausströmungen in der Nähe der Wand des Bohrloches erzeugen, da diese eine Aushön-

lung der Wand des Bohrloches zur Folge haben wurden.

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf den Stoßantrieb als solchen als auch auf den damit ausgerüsteten Erdbohrer, dessen Bohrwerkzeug entweder nur Stoßen unterworfen ist, die auf das Bohrwerkzeug einwirken und durch dieses auf den Boden übertragen werden, oder aber dessen Bohrwerkzeug selbst eine hin- und hergehende Bewegung ausführt.

Erfindungsgemäß ist die durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium angetriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung, insbesondere als Stoßantrieb für Erdbohrer, durch folgende hauptsächlichen Merkmale gekennzeichnet: Ein Gehäuse mit einem darin angeordneten,- hin- und hergehenden Kolben, der oben ringförmig ausgebildet ist und unten einen Ansatz geringeren Durchmessers aufweist, im Abstand voneinander angeordnete Dichtungen zwischen dem Kolben und dem Gehäuse, und Mittel, um das unter Druck stehende, flüssige oder gasförmige Medium abwechselnd entweder nur in den von dem oberen, ringförmigen Teil des Kolbens umschlossenen Raum oder auch in den zwischen den Dichtungen liegenden, den Kolben umgebenden Raum zu leiten, so daß dem· Kolben eine hin- und hergehende Bewegung erteilt wird.

"Vorzugsweise hat der Kolben dabei eine Ventilanordnung, die sich mit dem Kolben zusammen hin- und herbewegt, wobei diese Teile so ausgebildet sind, daß der Arbeitshub (Bewegung des Kolbens unter dem Einfluß des Druckes) bei einer bestimmten Stellung des Kolbens und der Ventilanordnung beendigt ist und die Betätigung des Ventils kurz vor dem Kolbenrücklauf erfolgt, d. h. während der Kolben in seine äußerste Endstellung wandert.

Die Zeichnungen zeigen den Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen.

Fig. ι ist ein vertikaler Längsschnitt durch einen Erdbohrer mit einem Stoßantrieb nach der Erfindung; er zeigt die Stellung der Teile zu Beginn des Arbeitshubes;

Fig. 2 ist ein vergrößerter, vertikaler Schnitt durch den oberen Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; er zeigt die Teile am Ende des Arbeitshubes kurz vor der unteren Endstellung; Fig. 3 ist ein Schnitt wie Fig. 2; der Kolben befindet sich in seiner unteren Endstellung;

Fig. 4 ist ein Schnitt wie Fig, 2 und 3; er zeigt die Teile in ihrer Stellung kurz vor Beendigung des Aufwärtshubes, wenn dem Ventil Druck zugeleitet wird, um es kurz vor Beginn des folgenden Abwärtshubes zu betätigen;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch den unteren Teil des Erdbohrers in abgeänderter Ausführungsform, bei der das Bohrwerkzeug sich nicht hin- und herbewegt, sondern lediglich Stoßen ausgesetzt ist. Der Erdbohrer hat das allgemeine Bezugszeichen ι; er besteht aus einem Kopfstück 2, welches bei 3 mit Gewinde versehen ist, um mit dem unteren Ende des Bohrgestänges verbunden zu I werden. Das Kopfstücks hat unten ein Außengewinde 4 zur Verbindung mit dem Gehäuse 5. Das 6g Gehäuse 5 besteht aus einem Oberteil, das bei 8 mit einem Unterteil 7 verbunden ist. Die Zweiteiligkeit erleichtert das Zusammensetzen und· Auseinandernehmen des Gehäuses. In dem Gehäuse befindet sich ein Kolben 10, der unten einen verringerten Durchmesser aufweist, so daß eine Kolbenstange 11 entsteht, die bei 12 mit einem Führungsstück 13 verbunden ist, an dem das Bohrwerkzeug 14 befestigt ist.

An dem Kopfstück 2 ist ein Rohrstutzen 15 befestigt, der innerhalb des Gehäuses herabhängt und zwischen sich und dem umgebenden Gehäuse 5 eine Kammer 16 bildet, die durch eine Reihe von Auslaßöffnungen 17 im oberen Teil der Kammer mit dem das Gehäuse umgebenden Raum verbunden ist. Der Rohrstutzen 15 hat bei 18 einen verringerten Durchmesser, so daß in der Nähe des Endes des Rohrstutzens ein Absatz 19 entsteht, dessen Zweck weiter unten erklärt wird.

Der Kolben 10 paßt mit Gleitschutz in das Gehäuse 5. Er enthält einen ringförmigen Kolbenkopf 20, der innen bei 9 stärker ausgedreht ist, so daß das weniger ausgedrehte Ende des Kolbens sich von dem Absatz 19 abheben und so einen ringförmigen Durchlaß freigeben kann. Das untere Ende des Kolbenkopfes ist durch das Gewinde 22 mit dem Kolbenfuß 21 verbunden, der unten einen geringeren Durchmesser aufweist und dadurch die Kolbenstange 11 bildet. Der Kolben enthält also einen ringförmig ausgebildeten oberen Teil und einen unteren Teil von geringerem äußeren Durchmesser; hierdurch entsteht zwischen dem Kolben und dem umgebenden Gehäuse eine ringförmige Kammer 23', die oben und unten durch Dichtungen abgeschlossen ist.

Der Kolben enthält ferner eine innere Kammer

23 zur Aufnahme eines Ventils 25 innerhalb des Kolbens, so daß das Ventil sich mit dem Kolben zusammen hin- und herbewegt und außerdem eine Hin- und Herbewegung gegenüber dem Kolben ausführen kann, wodurch bewirkt wird, daß das durch das Kopfstück2 in das Gehäuses gepreßte flüssige oder gasförmige Medium, durch den Pfeil

24 angedeutet, den Kolben in der weiter unten beschriebenen Weise in hin- und hergehende Bewe- no gung versetzt und dadurch dem Bohrwerkzeug 14 Stöße erteilt. Auf diese Weise wird die Bohrwirkung, die im allgemeinen durch eine Drehung des Bohrwerkzeuges erzeugt wird, durch 'Stöße des Bohrers gegen die Sohle des Bohrloches ergänzt.

Das Ventil 25 enthält eine Ventilstange 26, die unten in dem Ventilkopf 27 endigt, der oben und unten mit Sitzflächen 28 bzw. 29 versehen ist, die sich gegen den oberen bzw. unteren Site 30 bzw. legen können; die Ventilsitze 30 und 31 sind an Sitzringen 32 bzw. 33 befestigt.

Am oberen Ende der Ventilstange 26 ist ein Ventilkolben 3 5 befestigt. Dieser trägt einen Mittelring 36, der mit Gleitsitz über die Ventilstange geschoben wird und der durch radiale Rippen 37 mit dem Ringkolben 38 verbunden ist. Der Ring 38

hat solche Abmessungen, daß er in den oberen Teil der Kammer 23 paßt und sich zwischen dem Rohrstutzen 15 und der inneren Wand des Kolbens 10 auf- und abbewegen kann.

Der Ring 36 des Ventilkolbens 35 wird an der Ventilstange 26 mit Hilfe der mit Gewinde versehenen Kappe 40 befestigt. Es ist zu beachten, daß sowohl die Kappe 40 als auch die Ventilstange 26 und der Ventilkopf 27 eine axiale Bohrung 41 haben, durch die die obere und die untere Seite des Ventils miteinander verbunden sind.

Die Sitzringe 32 und 33 sind ein Teil der Sitzringanordnung, die im unteren Teil der Kammer 23 befestigt ist. Diese Anordnung enthält einen Haltering 45, oberhalb dessen sich ein Abstandsring 46 und ein Lochring 47 befinden; der Lochring 47 hat Öffnungsschlitze 48, die mit den Öffnungen 49 des Kolbens übereinstimmen und auf diese Weise Durchlässe zwischen dem Innen- und dem Außenraum des Kolbens ergeben; sie sind zwischen den Sitzringen angeordnet und führen in die Kammer 23'.

Ein weiterer Abstandsring 50 ruht auf dem Lochring 47; innerhalb der Abstandsringe 46 und 50 sind die Sitzringe 33 bzw. 32 angeordnet. Die gesamte Sätzringanordnung wird durch einen Haltering 52 festgehalten, gegen den das untere Ende des Kolbenkopfes 20 drückt, wenn die Kolbenteile durch das Gewinde 22 miteinander verbunden werden.

Um den Stoß zu verringern, wenn das Ventil auf den Sitzring 33 aufprallt, ist dieser derart angeordnet, daß er eine begrenzte Bewegung in axialer Richtung ausführen kann und sich gegen einen Dämpferring 53 aus nachgiebigem Material legt, welcher zwischen dem Haltering 45, dem Abstandsring 46 und dem Sitzring 33 angeordnet ist.

Der Sitzring 32 ist ebenfalls derart befestigt, daß er eine begrenzte Bewegung in axialer Richtung ausführen kann. Sein oberes Ende hat außen eine Eindrehung 55, die derart bemessen ist, daß der verbleibende innere Flansch 56 mit Gleitsitz über den Haltering 52 greifen kann. Diese Anordnung ergibt eine Dämpfung durch das eingeschlossene flüssige oder gasförmige Medium, wodurch im Verein mit der Wirkung der auf den Sitzring wirkenden Flüssigkeitskräfte übermäßige Beanspruchungen verringert werden, die auftreten könnten, wenn der Ventilkopf 27 sich gegen den Sitz 30 legt.

Die Kolbenstange ι χ geht nach unten durch einen Ring 60 hindurch, der als Führung und Dichtung dient und die untere Dichtung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse darstellt; dieser Ring dient gleichzeitig als Anschlag für den Federring 61, gegen den sich das obere Ende der Führung 13 legt. Diese Anordnung dient dazu, die Aufwärtsbewegung des Kolbens und der mit ihm verbundenen Teile elastisch aufzufangen, Energie zu absorbieren und diese beim Beginn des folgenden Abwärtshubes des Kolbens wieder nutzbar zu machen.

Die Führung 13 hat mehrere an ihrem Umfang angeordnete Rippen 65, die in entsprechende Vertiefungen 66 des Gehäuses 5 eingreifen. Das Bohrwerkzeug kann daher durch bekannte (in der Zeichnung nicht dargestellte) Mittel in bekannter Weise eine Drehung erhalten und außerdem eine Hin- und Herbewegung in axialer Richtung ausführen, wenn der Kolben 10 sich auf- und abbewegt. Dank dieser Arbeitsweise wird die übliche Art des Angriffes des Bohrwerkzeuges 14 auf den Boden durch Stöße ergänzt; diese werden durch die Energie der herabgepumpten Spülflüssigkeit in dem Bohrkopf 1 erzeugt und auf das Bohrwerkzeug 14 übertragen.

Wie oben bereits erwähnt, verzichtet die Erfindung bewußt auf die Anwendung von Federn, um den Kolben oder das Ventil in der einen oder anderen Richtung zu bewegen, da diese die Ursache vieler Betriebsstörungen sind. Zum Verständnis der Wirkungsweise wird darauf hingewiesen, daß, wie in Fig. 4 dargestellt, die Ringfläche E des Kolbenkopfes 20 größer ist als die Gesamtfläche F der Kolbenstange 11. Ferner ist die Gesamtfläche C des Sitzringes 32 größer als die Ringfläche A des ringförmigen Ventilkolbens 38; die Fläche A wiederum ist größer als die wirksame Fläche B des Ventilkopfes 2J.

Es sei jetzt angenommen, daß die Teile sich in der Stellung der Fig. 1 befinden und daß Druckflüssigkeit, wie durch den Pfeil 24 angedeutet, in den Bohrkopf gedrückt wird; die Vorrichtung arbeitet auch dann in der gleichen Weise, wenn die Teile sich zu dieser Zeit in einer anderen Stellung befinden; die Annahme, daß die Teile sich in dieser Stellung befinden, wurde lediglich gemacht, um das Verständnis zu erleichtern. Die auf den Kolben 10 ausgeübte Kraft, die ihn nach unten drückt, wird durch die auf die Fläche D drückende Flüssigkeit ausgeübt; dies ist die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wirksame Fläche.

Während des nun folgenden Abwärtsganges des Kolbens wird der Ventilkopf 27 gegen den Sitzring 32 gedrückt, und zwar durch den Überschuß der auf die Fläche A nach oben wirkenden Kraft über die auf die kleinere Fläche B nach unten ausgeübte Kraft. Diese Verhältnisse bleiben bestehen, und der Kolben geht weiter nach unten, bis der Ventilkolben 35 den unteren Teil des Rohrstutzens 15 .verläßt. Dies bedeutet das Ende des Arbeitshubes, der unter der Wirkung der nach unten drückenden Flüssigkeit erfolgt, nicht jedoch das Ende der Kolbenbewegung; der Kolben bewegt sich unter dem Einfluß der Wucht weiter nach unten.

Die auf die untere Seite des ringförmigen Ventilkolbens 38 ausgeübte Kraft wird jetzt durch eine gleich große, auf die Oberseite dieses ringförmigen Kolbens ausgeübte Kraft ausgeglichen. Die auf den Ventilkopf 27 ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft bewirkt daher eine Abwärtsbewegung des Ventilkopfes, so daß dieser den Sitz verläßt und eine Öffnung durch den Kolben freigibt.

Der Kolben ίο geht weiter nach unten, bis das Bohrwerkzeug 14 auf den Boden des Bohrloches aufschlägt.

Die Abwärtsbewegung des Kolbens kommt dadurch zum Stillstand; die Wucht des Ventils 25 sowie der auf dessen Fläche B ausgeübte Flüssigkeitsdruck bewirkt jetzt ein rasches Schließen des Ventils, das sich gegen den Site 31 des Ventilringes 33 legt. Hierbei bewirkt der Dampferring 53 eine Milderung des Anpralles des Ventils gegen den Sitzring.

Die herabgepumpte Flüssigkeit strömt jetzt

durch die Öffnungen 48, 49 in die Kammer 23', wo sie eine nach oben gerichtete Kraft auf den Kolben ausübt; diese Kraft ist der Unterschied der Flüssigkeitskräfte, die auf die Flächen £ und F einwirken; das Ventil wird hierbei durch die auif die Fläche B wirkende Flüssigkeit auf den unteren Ventilsitz gedrückt. Der Kolben bewegt sich jetzt nach oben.

Die den Kolben bewegende Kraft bleibt bestehen, bis das obere, ringförmige Ende des Kolbens 20 den Absatz 19 am unteren Ende der Eindrehung 18 des Rohrstutzens 15 verläßt. Wenn dies geschieht, ist bereits der ringförmige Kolben 38 des Ventils 25 in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Inneren des Kolbens 10 und dem unteren Ende des Rohrstutzens 15 eingetreten. Es besteht daher niemals eine direkte Verbindung zwischen dem Inneren des Kolbens und den Auslaß öffnungen 17 des Gehäuses 5.

Sobald das obere Ende des Kolbens den Absatz 19 verlassen hat, wirkt ein verschieden großer Druck auf die obere und die untere Fläche des Ventilringes 38. In diesem Augenblick ist das Ventil 25 bestrebt, den Ventilsitz 31 zu verlassen, und zwar infolge der verschieden großen Kräfte, die durch die Flüssigkeit auf die Flächen A und B ausgeübt werden. Beim Schließen des Ventils und beim Aufprallen auf den Ventilsitz 31 wird die kinetische Energie des Ventils durch den Unterschied der Kräfte absorbiert, die auf die Flächen C und A einwirken.

Da der Sitzring 32 so angeordnet ist, daß er eine begrenzte Bewegung in axialer Richtung ausführen kann, erfolgt eine wirksame Absorption der kinetischen Energie des Ventils; die Absorption erfolgt durch das zur Betätigung verwandte flüssige oder gasförmige Medium, wodurch übermäßige Beanspruchungen des Ventilmechanismus vermieden werden. Der durch den Ring 52 und die mit ihm zusammenwirkende Aussparung 55 des Sitzringes 32 gebildete Dämpfungstopf absorbiert darüber hinaus eine etwaige übermäßig hohe kenetische Energie, die das Ventil zeitweise bei abnormalen Arbeitsbedingungen annehmen kann.

Wenn das Ventil sich gegen den oberen Sitz 30 legt, beginnt der folgende Arbeitshub. Der Druck verzögert zunächst den Kolben, his seine Geschwindigkeit gleich Null wird, und 'beschleunigt dann den Kolben auf seinem Arbeithub in Richtung nach unten, wie oben erklärt.

Der Abstand, um den der Kolben sich noch nach oben bewegt, nachdem er den Vorsprung 19 des herabhängenden Rohrstutzens verlassen hat, wird als »Vorlauf« des Kolbens bezeichnet. Während dieser Vorlaufperiode wirkt ein- verschieden großer Druck auf die obere und untere Fläche des Ventilringes 38 und überwindet den Flüssigkeitsdruck auf die Fläche B des Ventils, wodurch dieses das Bestreben erhält, sich von seinem unteren Sitz 31 abzuheben und gegen den oberen Sitz 30 zu legen. Der Vorlauf kann sehr klein gemacht werden, so daß das Ventil dann nicht genügend Zeit hat, sich vollständig von dem unteren Sitz 31 zu dem oberen Sitz 30 zu bewegen, bevor die Kolbenbewegung durch Anschlag gegen die Ringfeder 61 zum Stillstand kommt. In diesem Falle wird der Druckunterschied, der das Bestreben hat, das Ventil zu bewegen, durch die kinetische Energie des Ventils unterstützt, um ein Schließen des Ventils auf dem Ventilsitz 30 zu bewirken.

Es liegt auf der Hand, daß dieses Konstruktionsmerkmal eine große Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung an die verschiedenen gegebenen Verhältnisse gestattet, da die Arbeitsbedingungen leicht geändert werden können, indem der Rohrstutzen 15 bei einer gewünschten- Änderung der Größe des Vorlaufes verstellt oder ausgewechselt wird. Auf diese Weise kann eine Anpassung an verschiedene gasförmige oder flüssige Medien sowie eine Anpassung an verschiedene FKissigkeitsdirueke bei der Benutzung der Vorrichtung erfolgen.

Es ist zu beachten, daß das Ventil 25 derart angeordnet ist, daß es den unteren Teil des Kolbens 10 abschließen kann und daß es den Druck der Betätigungsflüssigkeit 'entweder nur im Inneren des Kolbens zur Wirkung kommen läßt oder ihn auch zu dem den Kolben umgebenden Raum gelangen läßt, um eine Vor- und Zurückbewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses 5 zu bewirken. Ferner wirken der obere, ringförmige Teil des Kolbens 10 und des Ventils 25 mit dem herabhängenden Rohrstutzen 15 derart zusammen, daß der unter Kraft erfolgende Aufwärtshuib beendet wird, wenn der Kolbenkopf 20 den Absatz 19 des Rohrstutzens 15 verläßt, da in diesem Augenblick die oberen und unteren Flächen des ringförmigen Kolbenkopfes und die ringförmige obere Fläche des Ventilkolbens unter dem Druck stehen, der außerhalb des Bohrkopfes herrscht. In diesem Augenblick beginnt das Ventil, wie bereits erklärt, sich nach oben zu bewegen, und zwar infolge des Überschusses der nach oben auf das Ventil wirkenden Kraft, während gleichzeitig der Kolben unter dem Einfluß seiner Wucht weiter nach oben bewegt wird.

Es ist ferner zu beachten, daß die Auslaßöffnungen 17 alis Entlüftungsöffnungen dienen, um eine Verdrängung der Flüssigkeit zur 'und von. der Kammer 16 zu ermöglichen, wenn der Kolben sich hin- und herbewegt. Eine solche Verdrängung ist im wesentlichen gleich und entgegengesetzt der ■rö'ße der Verschiebung der Kolbenstange 11, wenn diese sich hin- und herbewegt; hieraus ist ersichtlich, daß die beschriebene Vorrichtung keine unter hohem Druck erfolgenden Flüssigkeits-

strömungen gegen die Wand des Bohrloches erzeugt. Hierdurch wird die Gefahr einer Ausspülung oder Unterhöhlung der Wand des Bohrloches verringert.

Bei der abgeänderten Ausführungsform des Erdbohrers nach Fig. 5 endet die Kolbenstange 11 in einen als Hohlzylinder ausgebildeten Hammer 70 mit einer nach oben gerichteten Fläche 71, die gegen die Ringfeder 61 schlägt, iso daß diese Feder

ίο bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens die Stoßenergie absorbiert.

Das Bohrwerkzeug 14 ist in eine als Amboß dienende Buchse 72 eingeschraubt, deren vorstehende Rippen 73 in entsprechenden Rillen 74 im Unterteil 7 des. Gehäuses 5 gleiten. Eine Buchse 75 paßt mit Gleitsitz in das Gehäuse zwischen der Buchse 73 und dem Abstandsring 76; diese Konstruktion gestattet es, den gesamten Bohrkopf herabzusenken, um einen gleichmäßigen, mach unten gerichteten Druck auf das Bohrwerkzeug 14 auszuüben und dessen Bohrwirkung dadurch zu unterstützen. Diese Bohrwirkung wird ferner durch die Schläge der Hammerbuchse 70 auf dem Amboß 72. erhöht, wenn der Stoßantrieb in der geschilderten

«5 Weise arbeitet.

Es ist zu beachten, daß die beschriebene Vorrichtung auch dann in der gleichen Weise arbeitet, wenn die Flüssigkeit nicht in der Richtung des Pfeiles 24 der Fig. 1, sondern in der entgegengesetzten Richtung strömt. Wird die Vorrichtung als Erdbohrer benutzt und wird sie in ein Bohrloch herabgesenkt, das mit Flüssigkeit gefüllt ist, so beginnt der Stoßantrieb zu arbeiten, und das Bohrgestänge füllt sich mit Flüssigkeit; gleichzeitig wird dadurch verhindert, daß Fremdkörper auf die sich bewegenden Teile gelangen. Wird die Vorrichtung umgekehrt aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Bohrloch herausgezogen, so erleichtert die dabei automatisch einsetzende Betätigung des Stoßantriebes das Entleeren des Bohrgestänges, so daß es nicht erforderlich wird, die in dem Gestänge enthaltene, verhältnismäßig schwere Flüssigkeit mit dem Bohrgestänge heraufzuziehen.

Die Erfindung wurde im vorstehenden in Verbindung mit einem Erdbohrer für Tiefbohrungen bschrieben. Es versteht sich, daß -die Erfindung sich nicht auf diese Anwendungsart beschränkt, sondern auch für andere Zwecke Anwendung finden kann, bei denen es erwünscht ist, die Energie eines Flüssigkeitsstromes in hin- und hergehende mechanische Bewegung umzusetzen.

Die Erfindung bezieht sich daher auch allgemein auf einen durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium betätigten Stoßantrieb, der imstande ist, die Energie eines Flüssigkeitsstromes od. dgl. in mechanische Energie umzuwandeln, beispielsweise um Stöße oder um eine hin- und hergehende Bewegung zu erzeugen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium angetriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines Kolbens in einem Gehäuse, insbesondere zur schlagenden Betätigung des Bohrwerkzeuges von Erdbohrern^ dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Gehäuse (5) gleitbare Kolben (10) an einem Ende ringförmig und am anderen Ende mit kleinerem äußerem Durchmesser ausgebildet ist und daß ein von der Einlaßöffnung des Gehäuses herabhängender Rohrstutzen (15), der zwischen sich und dem Gehäuse ein© ringförmige Kammer (16) frei läßt, in das ringförmig ausgebildete Ende (20) des Kolben® (10) gleitbar hineinragt, wobei Auslaßöffnungen (17) von der Kammer (16) nach außen und im Abstand voneinander angeordnete Dichtungen (34, 60) zwischen dem Kolben (10) und dem Gehäuse (5) vorgesehen sind, sowie Öffnungsschlitze (48) und ein Ventil (25), durch die das unter Über- bzw. Unterdruck stehende flüssige oder gasförmige Medium abwechselnd entweder nur mit dem Inneren des Kolbens (10) oder auch mit dem den Kolben (10) zwischen den Dichtungen (34, 60) umgebenden Raum in Verbindung gesetzt wird zu dem Zweck, den Kolben (10) in dem Gehäuse wechselweise vor- und zurückzubewegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsschlitze (48) zwischen den Dichtungen (34, 60) in der Kolbenwand angeordnet sind und das Ventil (25) zum Schließen der axialen Bohrung des Kolbens in dem Kolben glieitbar geführt ist, derart, daß die axiale Kolbenbohrung oberhalb oder unterhalb der Öffnungsschlitze (48) wahlweiseverschlossen werden kann, so daß während des Arbeitshubes (Abwärtshubes) des Kolbens die Flüssigkeit od. dgl., die in dem den Kolben zwischen den Dichtungen umgebenden Raum eingeschlossen ist, durch die Öffnungsschlitze (48) und die axiale Bohrung des Kolbens nach unten entweichen kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (25) mit oberen und unteren Ventilsitzen (30, 31) zusammenwirkt und wahlweise die Kolbenbohrung oberhalb oder unterhalb der Öffnungsschlitze (48) verschließen kann. no
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Ventilkolben (35) an dem Ventil (25), der mit dem oberen Ende des Kolbens (10) zusammenwirkt und gleitbar derart in die Kammer (16) zwischen dem Kolben und dem Gehäuse eintritt, daß das Ventil (25) während des Arbeitshubes des Kolbens (10) in seiner oberen Stellung gehalten wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Einlaßöffnung des Gehäuses herabhängende Rohrstutzen (15) ein Stück geringeren Außendurchmessers aufweist, wodurch ein Absatz (19) entsteht, der derart ausgebildet und angeordnet ist, daß der Kopf des Kolbens (10) den Absatz verläßt und einen ringförmigen Durchlaß freigibt, wenn

der Kolben sich in seine obere Endstellung bewegt, wobei ein mit dem Ventil (25) verbundener Ventilkolben (35) durch den im Innern des Kolbens herrschenden Flüssigkeitsdruck betätigt wird und das Ventil (25) gegen den oberen Sitz (30) drückt, solange der Kolben während seines Arbeitshubes den ringförmigen Durchlaß um den Absatz (19) herum frei läßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß derVentilkolben(35) durch eine Stange (26) od. dgl. mit dem Ventilkopf (27) verbunden ist, welcher mit den Ventilsitzen (30, 31) zusammenarbeitet, wobei 'die wirksame Fläche des. Ventilkolbens (35) größer ist als der Querschnitt des Ventilkopfes (27).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (35) als Ringkolben (38) ausgebildet und gleichachsig mit der Ventilstange (26) angeordnet ist, wobei er durch Verbindungsstücke (37) mit der Ventil-■stange (26) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke des Ventilkolbens mit der Ventilstange als radial angeordnete, sich in einer gewissen Länge in axialer Richtung erstreckende Rippen (37) ausgebildet sind, deren innere Enden mit der Ventilstange (26) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (30, 31) an Sitzringen (32, 33) angeordnet sind, die gegenüber dem Kolben (10) eine gewisse Bewegungsfreiheit in axialer Richtung haben und gepuffert sind, so daß sie die kinetische Energie des schließenden Kolbens aufnehmen und die Ventilstöße dämpfen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen