DE972712C - Mit Druckluft oder Druckgas angetriebene Schlagbohreinrichtung, insbesondere fuer Tiefbohrungen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 10. SEPTEMBER 1959

B 36441 VI15a

Brühl (Bez. Köln)

Die Erfindung betrifft eine mit Druckluft oder Druckgas angetriebene Schlagbohreinrichtung, insbesondere für Tiefbohrungen, welche in Form eines mit einem Schlagkolben ausgestatteten Zylinders in das Bohrloch einfährbar ist. Es sind Schlagbohreinrichtungen dieser Art bekannt, bei denen bei jedem Arbeitshub aus einem zugleich als Schwerstange dienenden geschlossenen Druckbehälter eine geringe Menge Wasserstoffsuperoxyd bzw. eines Gemisches aus Wasserstoffsuperoxyd mit einem anderen flüssigen Brennstoff in flüssiger Form in den Arbeitszylinder des Schlagkolbens eingespritzt und dort mittels eines Katalysators unter starker Wärmeentwicklung in Wasserdampf und gasförmigen Sauerstoff zerlegt wird. Die Steuerung des Brennstoffzutrittes erfolgte hierbei über in einem Zwischenboden angeordnete Ventile mit Hilfe von Stößeln, welche durch den Kolben am Ende seines durch eine Rückholfeder bewirkten Aufwärtshubes betätigt wurden. Bei dieser bekannten Einrichtung war eine sehr .genaue Dosierung des in den Zylinderraum einzuführenden Wasserstoffsuperoxydes bzw. des Gemisches von Wasserstoffsuperoxyd und Brennstoff erforderlich, wenn man zerstörende Explosionen Äiit Sicherheit vermeiden wollte. Infolgedessen ergab sich ein komplizierter und empfind-

9OJ 594/3

licher Aufbau, der hohe Anforderungen an die werkstattmäßige Ausführung aller Einzelteile stellte. Empfindlich mußte sich auch die Verwendung eines Katalysators unter den rauhen Bedingungen des Bohrlochbetriebes erweisen, der sehr leicht verschmutzt und vergiftet werden könnte, während die Auswechslung der im Kolben untergebrachten Katalysatorfüllung eine Demontage des gesamten Werkszeugs erforderlich machte, ίο Es sind ferner Tiefbohreinrichtungen bekannt, bei welchen der durch ein Rohrgestänge fließende Spülwasserstrom ein selbsttätiges Ventil durchströmt, welches von einer Feder offengehalten wird und sich erst schließt, wenn das Wasser eine gewisse Geschwindigkeit erreicht hat, und sich wieder öffnet, sobald der durch den Wasserschlag erzeugte Druck, welcher den Bohrmeißel gegen die Wirkung einer Rückholfeder gegen die Bohrlochsohle treibt, durch Reflexion der elastischen Verdichtungswelle ao in Verdünnung umgeschlagen ist, worauf die Feder den Kolben wieder zurückzieht. Derartige Bohrwidder arbeiten durch den Wasserschlag einer plötzlich abgeschlossenen strömenden Wassermenge. Soweit Windkessel bei diesen bekannten Bohrwiddem Verwendung fanden, hatten sie den Zweck und die Wirkung, die Flüssigkeitssäule im Hohlgestänge auch bei größerer Teufe auf das erforderliche kurze Maß zu begrenzen und die auftretenden Stöße und Schläge zu dämpfen.

Die Erfindung betrifft eine mit Druckluft oder Druckgas angetriebene Schi agböhreinrichtung, insbesondere für Tiefbohrungen, welche in Form eines mit einem Schlagkolben ausgestatteten und über ein gesteuertes Abschlußorgan an einem Druckmittelbehälter angeschlossenen Zylinders in das Bohrloch einführbar ist, und hat sich insbesondere zum Ziel gesetzt, eine Bohreinrichtung dieser Art zu schaffen, welche in der Lage ist, schwerste Bohrarbeit zu leisten, mit hohen Drücken betrieben werden kann und dabei auch einen hohen Auspuffgegendruck überwinden kann, so daß sie auch tief unter einer Wasser- oder Schlammsäule im Bohrloch noch größere Schlagleistungen abgeben kann. Weiterhin hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, eine derartige Bohreinrichtung möglichst einfach, robust und gegen Verschmutzen weitgehend unempfindlich auszubilden. Die Zufuhr der Druckluft kann dabei über ein Hohlgestänge oder auch durch einen Hochdruckschlauch, der neben einem Tragseil in das g₀ Bohrloch eingelassen wird, erfolgen. Auf der anderen Seite ist es auch möglich, bei Verwendung eines Hohlgestänges für die Druckluftzufuhr dieses gleichzeitig für ein Umsetzen des Bohrwerkzeuges zu benutzen oder regelrecht durchgehend anzutreiben.

Ausgehend von Schlagbohreinrichtungen der bekannten Art, welche mit Druckgas oder Druckluft angetrieben werden, besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß der Druckmittelbehälter als Windkessel ausgebildet und das Abschlußorgan vom Druck im Windkessel gesteuert ist.

Eine derartigeBohreinrichtung kann insbesondere zur Erzeugung von sehr starken Einzelschlägen auf das Bohrwerkzeug, z. B. beim Zertrümmern von großen Kiesel- oder Geröllstücken Verwendung finden, so daß sie also beispielsweise als Hilfseinrichtung zur Anwendung gebracht wird, wenn ein anderes Bohrwerkzeug infolge Auftretens großer Geröllstücke versagt. Auf der anderen Seite ist es auch möglich, die Einrichtung nach der Erfindung _₀ zur Niederbringung ganzer Bohrungen zu benutzen. Im einzelnen kann bei der Einrichtung nach der Erfindung das Abschlußorgan vorteilhaft am oberen Ende des Schlagkolben angeordnet sein und beispielsweise die Form eines selbstlidernden Stopfens „ aus elastischem Material, wie Gummi oder Kunststoff, besitzen oder auch als selbstlidernde Nutringmanschette ausgebildet sein. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen das Steuerorgan magnetisch oder elektro- _go magnetisch ausgebildet ist.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist. In der zeichnerischen Darstellung sind in Fig. 1 bis 6 _8s sechs verschiedene Ausführungsbeispiele einer Bohreinrichtung nach, der Erfindung im Längsschnitt schematisch veranschaulicht.

Die Bohreinrichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem langgestreckten Zy- _go linderkörper 1, welcher beispielsweise an das übliche Bohrgestänge angeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Windkessel 2 angeordnet, der durch eine düsenartige Bohrung 3 über die Druckluftzuleitung 4 langsam mit Druckluft gefüllt _g5 werden kann. Am unteren Ende des Windkessels 2 befindet sich eine nach Fig. 1 bis 3 durch einen konischen Gummi- oder Kunststoffstopfen 5 verschließbare Öffnung, der am oberen Ende des Schlagkolbens 6 mit seinem breiten Ende eingesetzt ist. Der Schlagkolben 6 ist innerhalb des Zylinders 7 beweglich und steht unter der Wirkung der Rückholfeder 8. Mit 9 ist in Fig. 1 das Einsteckende des Bohrmeißels bezeichnet, welches mit dem Arbeitszylinder 7 zweckmäßig durch eine Schleppkupplung 10 verbunden ist.

Der Gummiistopfen 5 ist selbstlidernd, d. h. durch den Druck im Windkessel 2 wird seine obere Fläche eingedrückt, der Gummi verformt sich elastisch und legt sich fest an die Halswand der ihn umgebenden Bohrung an und sorgt für einen hermetischen Abschluß des Windkessels. Ist beim Einströmen von Druckluft durdh die Düse 3 im Windkessel 2 ein bestimmter Druck erreicht, dann wird der Stopfen 5 sehr plötzlich aus seiner Bohrung herausgedrückt, öffnet schlagartig den Windkessel 2 nach dem Arbeitszylinder 7, und die im Windkessel 2 gespeicherte Luftenergie wird auf die ganze Fläche des Schlagkolbens 6 wirksam. Der Druck, bei dem der Stopfens öffnet, wird.durch die Schließkraft der Rückholfeder 8 und die Liderungseigenschaften des Stopfens S sowie seinen Flächenquerschnitt bestimmt. Dieser Druck kann auf sehr große Werte, z. B. 50 bis 150 atü, eingestellt werden. Im Verein mit einem entsprechenden Windkesselinhalt können in dieser

Weise Energien auf den Schlagkolben ausgeübt werden, welche an Geschoßenergien heranreichen, so daß auch große Geröllstücke mit einem oder wenigen Schlagen gespalten oder zertrümmert werden können. Der Kolben 6 dichtet gegen die Wand des Arbeitszylinders 7 erfindungsgemäß nicht vollständig ab, sondern ist im Zylinder 7 mit etwas Spiel geführt und miteingedrehten Labyrinthrillen 11 ausgestattet. Das Labyrinth und die Düse 3 sind derart aufeinander abgestimmt, daß nicht so viel Luft durch die Düse nachströmen kann, wie das Labyrinth durchläßt. Die Rückholfeder 8 ist infolgedessen in der Lage, den Kolben 6 mit Stopfen 5 nach erfolgtem Schlaghub sicher wieder in seine obere Abschlußlage zu führen und den Windkessel wieder gewissermaßen zuzukorken. Dieser füllt sich darauf wieder mit Druckluft, und das Spiel wiederholt sich. Bei der dargestellten Einrichtung ist also der Auspuff nicht besonders gesteuert, sondern die Auspuffluft geht an dem Labyrinth 11 vorbei und tritt durch eine Bohrung 12 in das Bohrloch. Erfindungsgemäß kann aber der Arbeitszylinder auch in seinem unteren Teil etwas konisch erweitert sein, um den Auspuff zu ^y -

as schleunigen. Auch besondere Austrittslöcher können im unteren Teil des Arbeitszylinders 7 angeordnet sein.

Bei einer Einrichtung nach der Erfindung können kleine Hochdruckverdichter für die Erzeugung der Druckluft verwendet werden, und es können sehr hohe Schlagenergien erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, die Einrichtung nach der Erfindung in der Weise zu verwirklichen, daß hochgespannte Druckluft dem Arbeitszylinder aus einer Stahlflasche über den Windkessel zugeführt wird. Auch andere Gase als Luft sind im Rahmen der Erfindung verwendbar, z. B. Kohlensäure oder Stickstoff.

In Fig. 2 ist ein ander-es Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, -bei dem der Schlagkolben 6 selbst an seinem Ende mit einem meißelartigen Bohrwerkzeug 13 versehen ist.

In Fig. 3 ist ein Ausfülhrungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei welchem zwecks Vermeidung eines Hochdrudkschlauches oder einer Druck- oder Gaszuführung durch ein Gestänge feste Kohlensäure in einem schlanken, abgeschlossenen Hochdruckbehälter 14 unmittelbar am Hammergehäuse angeordnet ist. Die feste Füllung des Hochdruckbehälters 14 verwandelt sich nach Maßgabe der einströmenden Wärme in Druckgas und wird über die Düse 3 dem Windkessel 2 zugeführt. Ein Standrohr 15 verhindert, daß flüssige Kohlensäure in den Windkessel gelangt.

Es ist auch möglich, die Erfindung mit Hilfe einer schlanken Hochdruckgasflasche zu verwirklidhen, welche zugleich als Schwerstange dient und die von einem Kompressor über Tage aufgefüllt wird, indem man eine derartige Hochdruckgasflasche über einem Hammer anordnet.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei welchem der Abschluß des Windkessels 2 gegen den Arbeitszylinder 7 mit Hilfe einer Nutringmanschette 16 erfolgt. Der Arbeitskolben 6 ist mit einem entsprechenden zapfenartigen Ansatz 17 versehen.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung veranschaulicht, bei welchem der Windkessel 2 innerhalb des Schlagkolbens 6 angeordnet ist. Zwecks Erreichung höherer Schlagzahlen ist es hierbei auch möglich, die Einströmung der Druckluft in den Windkessel 2 zwangläufig zu steuern. Zu diesem Zweck kann nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Zapfen 18 ein Liderungsring 19 gegen die Wirkung einer Feder 20 verschiebbar angeordnet sein, welcher Einströmbohrungen 21 im Zapfen 18 steuert. Erst wenn der Ring 19, welcher gleichzeitig den Arbeitsraum des Arbeitszylinders 7 gegen den Windkessel 2 abschließt, beim Rückhub des Kolbens 6 auf dem Zapfen 18 so weit hochgesdhoben ist, daß die Bohrungen 21 frei werden, strömt der Windkessel voll. Ist ein bestimmter Höchstdruck im Windkessel 2 erreicht und der Schlaghub eingeleitet, schiebt die Feder 20 den Ring 19 wieder über die Bohrungen

21 und schließt damit den Zutritt zur Druckluft. In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem der untere Verschluß des Windkessels 2 mit Hilfe eines Magneten

22 erreicht wird, dessen Haftkraft durch den Druck im Windkessel überwunden werden muß, um diesen nach dem Arbeitsraum des Zylinders 7 zu öffnen. Eine Topfmansdhette 23 im Kolben 6 übernimmt die Abdichtung. Der Magnet 22 ist zweckmäßig als Permanentmagnet ausgebildet.

Claims (10)

Patentansprüche.

1. Mit Druckluft oder Druckgas angetriebene Schlagbohreinrichtung, insbesondere für Tiefbohrungen, welche in Form eines mit einem Schlagkolben ausgestatteten und über ein gesteuertes Abschlußorgan an einen Druckmittelbehälter angeschlossenen Zylinders in das Bohrloch einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelbehälter als Windkessel ausgebildet und das Abschlußorgan vom Druck im Windkessel gesteuert ist.

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan am oberen Ende des Schlagkolbens angeordnet ist.

3. Bohreinridhtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan aus einem selbstlidernden Stopfen aus elastischein Material besteht.

4. Bohreinridhtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absdhlußorgan mit Hilfe einer selbstlidernden Nutringmansohette abgedichtet ist.

5. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußorgan des Windkessels einen Magneten aufweist, der den mit einer Dichtungsmanschette versehenen Kolbenoberteil so lange gegen die untere Aus-Strömöffnung des Windkessels drückt, bis der

Druck im Windkessel die Haftkraft überwindet, worauf eine schlagartige Öffnung des Windkessels erfolgt.

6. Bohreinridhtung nach Anspruch ι bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schlagkolben und der Wandung seines Zylinders ein Spalt oder Labyrinthrillen vorgesehen sind, durch die mehr Luft oder Gas hindurchströmen kann als durch die den Windkessel speisende Einströmöffnung.

7. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Windkessel im oberen, hohl ausgebildeten Teil des Schlagkolbens angeordnet ist.

8. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftzufuhr zum Windkessel zwangläufig gesteuert ist, indem das Steuerungsorgan aus einem auf einem Zapfen gegen die Wirkung einer Feder verschiebbaren Sicherungsring besteht, welcher Lufteintrittsöffnungen auf dem Zapfen steuert und an seiner Außenseite den Arbeitsraum des Zylinders gegen den Windkessel als Abschlußorgan abschließt.

9. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 8 mit einem über dem Hammer angeordneten, zugleich als Schwerstange dienenden geschlossenen Druckmittelbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelbehälter als Druckgasflasche ausgebildet ist.

10. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 9 mit einem über dem Hammer angeordneten, zugleich als Schwerstange dienenden geschlossenen Druckmittelbehälter, gekennzeichnet durch einen mit Trockeneis gefüllten Hochdruckbehälter, der über ein mit Düse versehenes Standrohr mit dem Windkessel in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschriften Nr. 4010, 10094, 095, 10 096;
USA.-Patentschrift Nr. 2 673 069.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen