EP0189764A2 - Vorrichtung zum schlagenden Bohren von langen Löchern - Google Patents

Vorrichtung zum schlagenden Bohren von langen Löchern Download PDF

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EP0189764A2
EP0189764A2 EP86100227A EP86100227A EP0189764A2 EP 0189764 A2 EP0189764 A2 EP 0189764A2 EP 86100227 A EP86100227 A EP 86100227A EP 86100227 A EP86100227 A EP 86100227A EP 0189764 A2 EP0189764 A2 EP 0189764A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
key
check valve
valve
line
hydraulic
Prior art date
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Application number
EP86100227A
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English (en)
French (fr)
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EP0189764B1 (en
EP0189764A3 (de
Inventor
Friedrich-Karl Dr.-Ing. Arndt
Hans-Dieter Piotrowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fried Krupp AG
Original Assignee
Fried Krupp AG
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Publication date
Application filed by Fried Krupp AG filed Critical Fried Krupp AG
Priority to AT86100227T priority Critical patent/ATE48178T1/de
Publication of EP0189764A2 publication Critical patent/EP0189764A2/de
Publication of EP0189764A3 publication Critical patent/EP0189764A3/de
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Publication of EP0189764B1 publication Critical patent/EP0189764B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/167—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench adapted to engage a non circular section of pipe, e.g. a section with flats or splines

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • boring bars When hitting holes in rock and the like. boring bars are used which have a thread at both ends and can be screwed together by means of threaded sleeves to form a drill string or drill string.
  • the hammer and turning energy is transferred from the hammer drill to the cutting edge of the drilling tool via the screwed together rod, the so-called drill string.
  • the threads in the sleeves are pulled together very strongly under the considerable stress of hammering and turning.
  • the immediate loosening of the threaded connection by hand is replaced by hydraulic functions that are triggered by the operator on a control panel.
  • this requires a line of sight from the operator located on the control panel to the threaded connection to be released and also requires a considerable amount of practice and concentration from the operator.
  • the slewing gear which slowly rotates the boring bar, must be stopped at the moment in which the key surfaces of the double edge of the boring bar are aligned parallel to the wrench surfaces of the spanner.
  • this is not easy, among other things, because the square - even if the boring bar is not particularly dirty - only stands out from the rest of the bar with little contrast.
  • the drive of the hydraulic cylinder moving the key must be stopped at the moment in which the open-end wrench touches the boring bar, ie immediately after its linear movement has ended, since the clamping device must be actuated before the rotary movement of the open-end wrench.
  • the handling of the known device involves further disadvantages and risks.
  • the wrench may be rotated before the clamping device holds the threaded sleeve. In such a case, it is necessary to retract the key cylinder and to initiate the rotary movement of the key which releases the threaded connection. If the upper boring bar is unscrewed after loosening the thread, however, the entire remaining boring bar hangs positively in the mouth of the key over the square.
  • the invention has for its object to design a device for striking drilling holes in rock, which avoids the disadvantages described and in particular allows a safe “threading" of the key on the square of the drill rod and in which the drive of the key cylinder in the Moment is ensured when the key sits on the square.
  • the device should be such that the key cylinder is held securely in its end position until the detached drill pipe is gripped again by the adapter of the boring machine.
  • the chamber of the key cylinder for the rotary movement of the key about the axis of the boring bar can be subjected to the full, undiminished working pressure, so that the key with the for loosening the threaded connection between the boring bar and the Threaded sleeve necessary torque is moved.
  • the cylinder chamber of the key cylinder provided for this purpose is connected to a pressure accumulator, which is also subjected to the full working pressure during the rotational movement of the key. Due to the check valve piloted by the opposite cylinder chamber, the torque holding the key in its end position is maintained until the other cylinder chamber of the key cylinder is pressurized to withdraw the key.
  • the hydraulic hammer 3 has a hydraulic hammer 3 which can be moved up and down on a carriage 5 carried by a drilling carriage 4.
  • the hydraulic hammer 3 is provided with a rotating mechanism 6, which is driven by a rotating motor 7 and has an adapter 8 at its lower end for gripping boring bars 10.
  • the boring bars 10 have - cf. Fig. 2 - at both ends a left-hand thread 11 and then a square 12 with two parallel key faces 13.
  • the drill rods 10 can be connected to one another by means of internally threaded sleeves 15 to form a drill string or drill pipe, the first or lowest drill rod 10 being provided with a drilling tool 10 '.
  • the device has a magazine 17 with a lower and an upper receptacle 18 and 19. Under the lower magazine receptacle 18 there is a clamping device 20 and an open-end wrench 21.
  • the clamping device 20 serves to hold the threaded sleeves 15 and consists of a double-armed lever 24 actuated by a hydraulic cylinder 23 - hereinafter also referred to as a clamping cylinder - and a fixed counter tool 25 , the end of the short lever arm 26 of the lever 24 serving as the actual clamping tool.
  • the clamping of a sleeve 15 is brought about by the retraction of the extended piston rod 27 of the clamping cylinder 23, the loosening takes place in the opposite manner by moving out the piston rod 27.
  • the open-end wrench 21 has two pins 28, 29 through which it is positively guided.
  • the pin 28 closest to the mouth of the key 21 is guided directly in a pair of cam grooves 30, while the pin 29 which is further away from the mouth is provided with cam rollers 31 which are guided in another pair of cam grooves 32.
  • the free end of the key 21 is articulated to the piston rod 34 of a hydraulic cylinder 35 - hereinafter also referred to as a key cylinder.
  • the curved grooves each have an oblique curve section 30a or 32a, each with a radial component pointing to the drill string 16 and a tangential component, and an essentially tangential curve section 30b or 32b extending around the drill string 16.
  • the tangential piece 32b of the outer curved grooves 32 is designed in an arc shape.
  • the key cylinder 35 is pivotally mounted about a fixed axis 36, which essentially extends the tangential or arcuate piece 32b of the outer cam groove 32 is arranged in the device 1.
  • the piston rod 34 of the key cylinder 35 is extended, the key 21 is moved onto the drill string 16 with a slight rotary movement. If the key is already partially seated on the square 12 of the boring bar 10 in question, the pins 28, 29 are each still in the oblique curve pieces 30a and 32a of the groove curves 30, 32.
  • the piston rod 34 is extended further, the key 21 is opened completely pushed the square and rotated around the axis of the drill string 16 with great torque through an acute angle.
  • a 4/3-way valve 40 is provided for switching the flow direction of the pressure medium and thus the direction of rotation of the rotary motor 7.
  • the device 1 has a smaller hydraulic or auxiliary pump 41, which supplies the rotary motor 7 with pressure medium in the event that the drill string 16 only has to be rotated at a low speed and low torque, for example around the in To bring the coming square 12 into the position corresponding to the wrench 21.
  • the line connection from the auxiliary pump 41 to the rotary motor 7 consists of the line section 42 and one of one 4/3-way valve 43 switchable line section 44, in which a simple check valve 45 is arranged which blocks in the direction of the directional valve 43.
  • the return of the pressure medium conveyed by the pump 41 through the rotary motor 7 takes place via a check valve 50, which is pilot-controlled by the line section 44, a pressure relief valve 51 and the 4/3-way valve 43.
  • the check valve 50 thus allows a flow in the blocking direction when the line section 44 is pressurized is. If, on the other hand, the line section 44 is depressurized, the check valve 50 closes.
  • a simple check valve 52 blocking the return line 48 and a throttle point or throttle valve 53 are connected in parallel with the pressure limiting valve 51.
  • the lower chamber 35a of the key cylinder 35 opposite the piston rod 34 is connected via a connecting line 55 to the line section 56 between the pilot-operated check valve 50 and the pressure limiting valve 51.
  • the line section 55 contains a simple check valve 57 blocking the line section 56.
  • the piston rod-side chamber 35b of the cylinder 35 withdrawing the key 21 is switchably connected to the return line 48 via a line section 58 with a further 4/3-way valve 59.
  • the section 55a of the line 55 lying between the check valve 57 and the cylinder chamber is connected on the one hand to a pressure accumulator 61 and on the other hand to the return line 48 via a check valve 62 piloted by the line section 58 and the 4/3-way valve 59.
  • the clamping cylinder 23 is connected via two line sections 63, 64 to a further 4/3-way valve 65, via which the two chambers 23a, b of the cylinder 23 can be connected alternately to the pump 41 and the return line 48.
  • the directional control valves 40, 43, 59 and 65 are actuated by hand levers mounted on a g at 4 Bohrwa s control panel positioned 67th
  • the hammer drill 3 When drilling a borehole 2, the hammer drill 3 is moved back empty on the carriage 5 after each drilling depth corresponding to the length of a boring bar 10. Then a new boring bar 10 provided with a sleeve 15 is gripped with the adapter 8 and screwed onto the last boring bar 10 to form a drill string 16.
  • the hammer drill 3 with the drill string 16 on the carriage 5 is retracted upwards until the upper square 12 of the second drill rod 10, seen from above, is at the level of the spanner 21, this stop being known Way done by a (not shown) limit switch.
  • the directional control valve 43 is switched to position 1.
  • the pump 41 thus conveys pressure medium through the line sections 42 and 44 into the rotary motor 7.
  • the pilot control by the pressure prevailing in the line section 44 prevents the check valve 50 from closing, so that the pressure medium from the motor 7 via the pressure relief valve 51 and the directional control valve 43 in the return line 48 can flow off.
  • pressure medium passes through the connecting line 55 into the cylinder chamber 35 a, so that the open-ended wrench 21 is moved onto the corresponding boring bar 10 with a weakened force corresponding to this pressure.
  • the time set in the memory 61 P gas voltage 61 is greater than the pressure p 51, so that the memory does not occur in this function.
  • the pressure medium displaced from the upper cylinder chamber 35b flows without pressure through the line section 58 and the directional control valve 59 in the position 0 into the return line 48. Since there is no pressure in the line section 58, the blocking function of the check valve 62 is not impaired.
  • the directional control valve 65 is then switched to position 1: the upper cylinder chamber 23a is pressurized by the pump 41 and the piston rod 27 is retracted.
  • the sleeve 15 of the boring bar 10 hanging on the adapter 8 is now pressed against the counter tool 25 by the short lever arm 26 of the lever 24, whereby rotation of the sleeve 15 is effectively prevented.
  • the line section 64 is depressurized by the switching position 1 of the directional control valve 65, so that the pressure medium located in the lower cylinder chamber 23b can flow off unhindered.
  • the directional valve 43 is switched to position 2.
  • the line section 44 is connected to the pressureless return line 48 and the pilot control of the check valve 50 is canceled.
  • the line section 56 and thus the cylinder chamber 35a are acted upon by the pump 41 via the check valve 52 with the full working pressure p 0 .
  • the wrench 21 is pressed with a large force corresponding to this pressure in the positive guidance given by the curve pieces 30b and 32b about the axis of the drill string 16 and exerts a correspondingly large torque on the second drill rod 10, as seen from above.
  • the directional control valve 43 is switched back to the initial position 0.
  • the full working pressure p is nevertheless maintained in the lower cylinder chamber 35a because the check valves 57 and 62 prevent pressure equalization.
  • the key 21 thus remains unchanged on the square 12 of the drill rod 10, which ensures that the rest of the drill string 16 hanging on the key 21 is securely held.
  • the directional valve 65 is first switched to position 2, so that the lower cylinder chamber 23b is pressurized and the clamping action of the clamping device 20 on the sleeve 15 is released.
  • the directional control valve 40 is switched to position 2, whereby the pump 37 pressurizes the rotary motor 7 via the line 38.
  • the pump 37 pressurizes the rotary motor 7 via the line 38.
  • the upper boring bar 10 with the sleeve 15 is twisted off the thread 11 of the threaded rod 10 hanging in the key 21.
  • the turned boring bar is placed in the magazine 17.
  • the hammer drill 3 with the adapter 8 is guided downwards on the carriage 5 and the directional control valve 40 into the Position 1 switched.
  • the motor 7 is now pressurized via the line 39 and the adapter 8 is screwed onto the free thread 11 of the boring bar 10 hanging in the key 21.
  • the directional valve 40 is switched back to its initial position O and the motor 7 is stopped.
  • the drill string 16 is now held securely by the adapter 8 of the boring machine, so that the key 21 can be withdrawn.
  • the directional valve 59 is brought into the switching position 1.
  • the upper cylinder chamber 35b is pressurized by the pump 41 via the line section 58.
  • the pilot control caused by the pressure prevailing in the line 58 prevents the check valve 62 from closing, so that the pressure in the lower cylinder chamber 35a and in the pressure accumulator 61 is reduced.
  • the drill string 16 hanging on the adapter 8 is raised with the boring machine on the carriage 5 until the square 12 of the second drill rod 10, seen from above, comes to a stand at the level of the key 21.
  • the hydraulic functions triggered by hand can be integrated into a higher-level, automatic sequence of the drilling process.

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Abstract

Bei der vorliegenden Vorrichtung (1) wird der Schlüssel (21) zum Festhalten des Zweikants (12) einer Bohrstange (10) von einem Hydraulikzylinder (35) angetrieben, der an den Ausgang des Drehmotors (7) angeschlossen ist. Der Schlüssel (21) wird mit geringer Kraft auf den Zweikant (12) aufgeschoben. Dadurch wird die Bohrstange (10) und damit der Drehmotor (7) blockiert: der Durchfluß des Hydraulikmediums wird unterbunden und der Schlüssel (21) verbleibt bis zum Ausüben einer separat eingeleiteten kräftigen Drehbewegung zum Anlösen der Gewindeverbindung (11) zwischen der Muffe (15) und der Bohrstange (10) in seiner Lage. Durch einen Druckspeicher (61) und Rückschlagventile (57, 62) bleibt der Druck im Hydraulikzylinder (35) bis zum separat eingeleiteten Zurückziehen des Schlüssels erhalten.

Description

    Vorrichtung zum schlagenden Bohren von langen Löchern
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Beim schlagenden Bohren von Löchern in Gestein u.dgl. werden Bohrstangen eingesetzt, die an ihren beiden Enden ein Gewinde aufweisen und durch Gewindemuffen zu einem Bohrstrang oder -gestänge zusammenschraubbar sind. Vom Bohrhammer wird die Schlag- und Drehenergie auf die Schneide des Bohrwerkzeugs über das zusammengeschraubte Gestänge, den sogenannten Bohrstrang übertragen. Unter der erheblichen Belastung beim Schlagen und Drehen werden die Gewinde in den Muffen sehr stark zusammengezogen.
  • Das Lösen der Bohrstangen des derart beanspruchten Bohrgestänges ist schwierig und nur mit großem Drehmoment möglich. Es ist bekannt, die Gewindeverbindungen des Gestänges nach dem Abbohren des Bohrloches durch das Schlagwerk des Bohrhammers zu lockern und die mit einem Zweikant als Schlüsselansatz versehenen Gewindestangen von Hand mit entsprechend großen Schlüsseln voneinander zu lösen. Nachteilig dabei ist insbesondere, daß sich die Gewindeverbindungen durch das Schlagen nicht immer zuverlässig lösen oder daß sich die Muffe auf der falschen Stangenseite löst. In jedem Fall ist das Lösen der Stangen von Hand mit einem erhöhten Unfallrisiko verbunden.
  • Zur Behebung der geschilderten Nachteile ist es bekannt, zum Lösen der Gewindeverbindungen einen an der Vorrichtung angeordneten Schlüssel zu verwenden, der durch einen hydraulischen Zylinder über eine Kurvenführung derart zwangsgeführt wird, daß er zunächst linear auf die Bohrstange zugeht und anschließend eine Drehbewegung um die Achse der Bohrstange ausführt. Das zum Lösen der Gewindeverbindung notwendige Gegenmoment wird dabei von einer ebenfalls hydraulisch betätigten Klemmeinrichtung aufgebracht.
  • Bei der bekannten Vorrichtung wird das unmittelbare Lösen der Gewindeverbindung von Hand durch hydraulische Funktionen ersetzt, die von der Bedienungsperson an einem Schaltpult ausgelöst werden. Dadurch ist zwar die Unfallgefahr für die Bedienungsperson stark herabgesetzt, es setzt aber eine Sichtverbindung von der am Bedienungspult befindlichen Bedienungsperson zu der zu lösenden Gewindeverbindung voraus und erfordert von der Bedienungsperson zudem ein erhebliches Maß an Übung und Konzentration. So muß das die Bohrstange langsam drehende Drehwerk in dem Moment gestoppt werden, in dem die Schlüsselflächen des Zweikantes der Bohrstange parallel zu den Schlüsselflächen des Maulschlüssels ausgerichtet sind. Dies ist aber u.a. schon deshalb nicht einfach, weil sich der Zweikant - selbst wenn die Bohrstange nicht sonderlich verschmutzt ist - nur kontrastarm von der übrigen Stange abhebt. Ferner muß der Antrieb des den Schlüssel bewegenden Hydraulikzylinders in dem Moment gestoppt werden, in dem der Maulschlüssel auf der Bohrstange aufsetzt, d.h. unmittelbar nach Beenden seiner linearen Bewegung, da vor der Drehbewegung des Maulschlüssels die Klemmeinrichtung betätigt werden muß.
    Die Handhabung der bekannten Vorrichtung birkt noch weitere Nachteile und Risiken in sich. So kann es beispielsweise sein, daB die Drehbewegung des Schlüssels durchgeführt wird, bevor die Klemmeinrichtung die Gewindemuffe festhält. In einem solchen Fall ist es notwendig, den Schlüsselzylinder zurückzufahren und die die Gewindeverbindung lösende Drehbewegung des Schlüssels erneut einzuleiten. Wenn die obere Bohrstange nach dem Anlösen des Gewindes abgeschraubt ist, hängt aber das gesamte übrige Bohrgestänge über den Zweikant formschlüssig im Maul des Schlüssels. Wenn nun die Bedienungsperson die hydraulische Funktion für das Zurückziehen des Schlüssels versehentlich einleitet, bevor das nunmehr obere Ende des Bohrstranges von dem Adapter des Drehwerks erfaßt ist, fällt das Bohrgestänge in das Bohrloch zurück. Dadurch ist aber nicht nur das gesamte Gestänge verloren, es muB außerdem ein neues Bohrloch in das Gestein getrieben werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum schlagenden Bohren von Löchern in Gestein zu gestalten, die die geschilderten Nachteile vermeidet und insbesondere ein sicheres "Einfädeln" des Schlüssels auf den Zweikant der Bohrstange ermöglicht und bei der die Unterbrechung des Antriebes des Schlüsselzylinders in dem Moment sichergestellt ist, in dem der Schlüssel auf dem Zweikant aufsitzt. Außerdem soll die Vorrichtung so beschaffen sein, daß der Schlüsselzylinder bis zum erneuten Ergreifen des abgelösten Bohrgestänges durch den Adapter des Bohrwerkes in seiner Endposition sicher gehalten wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Dadurch daß die Zylinderkammer des Schlüsselzylinders, die für die Bewegung des Schlüssels in Richtung auf den Bohrstrang druckbeaufschlagt wird, an die Ausgangsseite des Drehmotors angeschlossen ist, wird diese Zylinderkammer nur so lange mit Druck beaufschlagt und die Bewegung des Schlüssels nur so lange vorangetrieben, wie Druckmedium durch den Drehmotor hindurchfließt. Wenn der Schlüssel aber auf dem Schlüsselansatz der Bohrstange aufsitzt, verhindert er ein Weiterdrehen der Bohrstange,so daß der Drehmotor blockiert wird, und - von kleinen Leckagen abgesehen - kein Druckmittel mehr durch den Drehmotor durchfließt. Dadurch wird die Bewegung des Schlüssels in der Zwangsführung gestoppt, ehe er eine Drehbewegung um die Bohrstange ausführt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So ist der Ausgang des Drehmotors - und damit auch die Zylinderkammer des Schlüsselzylinders - nach Anspruch 2 über ein Druckbegrenzungsventil mit der Rückleitung verbunden, um ein schonungsvolles "Einfädeln" des Schlüssels auf den Schlüsselansatz der Bohrstange mit geringer Kraft vorzunehmen.
  • Durch das dem Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 3 parallel geschaltete Rückschlagventil kann die Kammer des Schlüsselzylinders für die Drehbewegung des Schlüssels um die Achse der Bohrstange mit dem vollen, unverminderten Arbeitsdruck beaufschlagt werden, so daß der Schlüssel mit dem für das Lösen der Gewindeverbindung zwischen der Bohrstange und der Gewindemuffe notwendigen Drehmoment bewegt wird.
  • Um dieses erhöhte Drehmoment bis zum nächsten Schaltvorgang sicher aufrechtzuerhalten, ist die hierfür vorgesehene Zylinderkammer des Schlüsselzylinders nach Anspruch 4 mit einem Druckspeicher verbunden, der während der Drehbewegung des Schlüssels ebenfalls mit dem vollen Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Durch das von der gegenüberliegenden Zylinderkammer vorgesteuerte Rückschlagventil bleibt das den Schlüssel in seiner Endlage haltende Drehmoment so lange aufrechterhalten, bis die andere Zylinderkammer des Schlüsselzylinders zum Zurückziehen des Schlüssels mit Druck beaufschlagt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Vorrichtung zum schlagenden Bohren von Löchern in Gestein in einer perspektivischen Ansicht,
    • Fig. 2 die Enden zweier durch eine Gewindemuffe verbundenen Bohrstangen zu einem Bohrstrang in einem Längsschnitt,
    • Fig. 3 die Klemmeinrichtung zum Festhalten der Gewindemuffe und der Antrieb für den Maulschlüssel in einer perspektivischen Ansicht von unten,
    • Fig. 4 den in Kurvennuten zwangsgeführten Maulschlüssel mit dem hydraulischen Antriebszylinder in seiner von dem Bohrgestänge entfernten Ausgangslage in einer schematisierten Draufsicht,
    • Fig. 5 den Maulschlüssel beim Einfädeln auf den Schlüsselansatz einer Bohrstange im Übergang von seiner linearen Bewegung auf das Bohrgestänge in seine Drehbewegung um dasselbe,
    • Fig. 6 den Maulschlüssel in seiner Endlage nach dem Drehen um die Achse des Bohrgestänges und
    • Fig. 7 die Schaltanordnung der Bohrvorrichtung in einer symbolischen Darstellung.
  • Die Vorrichtung 1 zum schlagenden Bohren von Löchern 2 in Gestein gemäß Fig. 1 weist einen Hydraulikhammer 3 auf, der an einer von einem Bohrwagen 4 getragenen Lafette 5 auf- und abbewegbar ist. Der Hydraulikhammer 3 ist mit einem Drehwerk 6 versehen, das von einem Drehmotor 7 angetrieben wird und an seinem unteren Ende einen Adapter 8 zum Erfassen von Bohrstangen 10 aufweist.
  • Die Bohrstangen 10 weisen - vgl. Fig. 2 - an beiden Enden je ein Linksgewinde 11 und daran anschließend einen Zweikant 12 mit zwei parallelen Schlüsselflächen 13 auf. Die Bohrstangen 10 können miteinander durch mit Innengewinde versehene Muffen 15 zu einem Bohrstrang bzw. Bohrgestänge verbunden werden, wobei die erste bzw. unterste Bohrstange 10 mit einem Bohrwerkzeug 10' versehen ist. Zum Unterbringen der Bohrstangen 10 weist die Vorrichtung ein Magazin 17 mit einer unteren und einer oberen Aufnahme 18 bzw. 19 auf. Unter der unteren Magazinaufnahme 18 befindet sich eine Klemmeinrichtung 20 und ein Maulschlüssel 21. Die Klemmeinrichtung 20 dient zum Festhalten der Gewindemuffen 15 und besteht aus einem von einem Hydraulikzylinder 23 - im folgenden auch als Klemmzylinder bezeichnet - betätigten doppelarmigen Hebel 24 und einem fest angeordneten Gegenwerkzeug 25, wobei das Ende des kurzen Hebelarms 26 des Hebels 24 als eigentliches Klemmwerkzeug dient. Das Klemmen einer Muffe 15 wird durch das Einziehen der herausgefahrenen Kolbenstange 27 des Klemmzylinders 23 bewirkt, das Lösen geschieht entsprechend umgekehrt durch Herausfahren der Kolbenstange 27.
  • Der Maulschlüssel 21 weist zwei Zapfen 28, 29 auf, durch die er zwangsgeführt ist. Der dem Maul des Schlüssels 21 nächstliegende Zapfen 28 ist unmittelbar in einem Paar von Kurvennuten 30 geführt, während der von dem Maul weiter wegliegende Zapfen 29 mit Kurvenrollen 31 versehen ist, die in einem anderen Paar von Kurvennuten 32 geführt sind. An dem mit den Kurvenrollen 31 versehenen Zapfen 29 ist das freie Ende des Schlüssels 21 an die Kolbenstange 34 eines Hydraulikzylinders 35 - im folgenden auch als Schlüsselzylinder bezeichnet - angelenkt. Die Kurvennuten weisen jeweils ein schräges Kurvenstück 30a bzw. 32a mit je einer radialen, auf den Bohrstrang 16 weisenden und einer tangentialen Komponente und ein im wesentlichen tangentiale um den Bohrstrang 16 verlaufendes Kurvenstück 30b bzw. 32b auf. Das tangentiale Stück 32b der äußeren Kurvennuten 32 ist dabei bogenförmig ausgeführt. Der Schlüsselzylinder 35 ist um eine feste Achse 36 schwenkbar gelagert, die im wesentlichen in der Verlängerung des tangentialen bzw. bogenförmigen Stücks 32b der äußeren Kurvennut 32 in der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Beim Ausfahren der Kolbenstange 34 des Schlüsselzylinders 35 wird der Schlüssel 21 unter Ausführen einer geringen Drehbewegung auf den Bohrstrang 16 gefahren. Wenn der Schlüssel bereits teilweise auf dem Zweikant 12 der betreffenden Bohrstange 10 aufsitzt, befinden sich die Zapfen 28, 29 jeweils noch in dem schrägen Kurvenstücken 30a bzw. 32a der Nutkurven 30, 32. Beim weiteren Ausfahren der Kolbenstange 34 wird der Schlüssel 21 ganz auf den Zweikant aufgeschoben und um die Achse des Bohrstrangs 16 mit großem Drehmoment um einen spitzen Winkel gedreht.
  • Die Schaltanordnung der Vorrichtung gemäß Fig. 7 weist eine Hydraulikpumpe 37 als Hauptpumpe auf, die den Drehmotor 7 des Drehwerks 6 beim schlagenden Bohren, beim Zurückdrehen des Bohrstranges 16 und beim Aufdrehen des Adapters 8 auf eine Bohrstange 10 über die Leitungen 38, 39 mit Druckmedium versorgt. Zum Umschalten der Fließrichtung des Druckmediums und damit der Drehrichtung des Drehmotors 7 ist ein 4/3-Wegeventil 40 vorgesehen.
  • Zu der als Hauptpumpe vorgesehenen Hydropumpe 37 weist die Vorrichtung 1 eine kleinere Hydro- oder Hilfspumpe 41 auf, die den Drehmotor 7 für den Fall mit Druckmedium versorgt, daß der Bohrstrang 16 lediglich mit geringer Drehzahl und geringem Drehmoment gedreht werden muß, z.B. um den in Frage kommenden Zweikant 12 in die dem Maulschlüssel 21 entsprechende Lage zu bringen. Die Leitungsverbindung von der Hilfspumpe 41 zum Drehmotor 7 besteht aus dem Leitungsabschnitt 42 und einem von einem 4/3-Wegeventil 43 schaltbaren Leitungsabschnitt 44, in dem ein in Richtung auf das Wegeventil 43 sperrendes einfaches Rückschlagventil 45 angeordnet ist. (Bei der aus DIN ISO 1219 übernommenen Bezeichnung "4/3-Wegeventil" sind lediglich die vier für die Funktion der Vorrichtung notwendigen Anschlüsse gezählt worden, während die beiden Anschlüsse der verbraucherlosen Durchlaufleitung 47 von der Pumpe 41 zur Rücklaufleitung oder Rückleitung 48 vernachlässigt worden sind).
  • Der Rücklauf des von der Pumpe 41 durch den Drehmotor 7 geförderten Druckmediums erfolgt über ein von dem Leitungsabschnitt 44vorgesteuertes Rückschlagventil 50, ein Druckbegrenzungsventil 51 und das 4/3-Wegeventil 43. Das Rückschlagventil 50 erlaubt somit ein Durchfließen in Sperrichtung, wenn der Leitungsabschnitt 44 druckbeaufschlagt ist. Ist der Leitungsabschnitt 44 dagegen drucklos, so sperrt das Rückschlagventil 50. Dem Druckbegrenzungsventil 51 ist ein in Richtung auf die Rücklaufleitung 48 sperrendes einfaches Rückschlagventil 52 sowie eine Drosselstelle bzw. ein Drosselventil 53 parallelgeschaltet.
  • Die der Kolbenstange 34 gegenüberliegende untere Kammer 35a des Schlüsselzylinders 35 ist über eine Verbindungsleitung 55 mit dem Leitungsabschnitt 56 zwischen dem vorgesteuerten Rückschlagventil 50 und dem Druckbegrenzungsventil 51 verbunden. Der Leitungsabschnitt 55 enthält ein in Richtung auf den Leitungsabschnitt 56 sperrendes einfaches Rückschlagventil 57. Die den Schlüssel 21 zurückziehende, kolbenstangenseitige Kammer 35b des Zylinders 35 ist über einen Leitungsabschnitt 58 mit einem weiteren 4/3-Wegeventil 59 mit der Rückleitung 48 schaltbar verbunden.
  • Der zwischen dem Rückschlagventil 57 und der Zylinderkammer liegende Abschnitt 55a der Leitung 55 ist einerseits mit einem Druckspeicher 61 und andererseits über ein von dem Leitungsabschnitt 58 vorgesteuertes Rückschlagventil 62 und das 4/3-Wegeventil 59 mit der Rückleitung 48 verbunden.
  • Der Klemmzylinder 23 ist über zwei Leitungsabschnitte 63, 64 mit einem weiteren 4/3-Wegeventil 65 verbunden, über das die beiden Kammern 23a, b des Zylinders 23 abwechselnd mit der Pumpe 41 und der Rücklaufleitung 48 verbunden werden können.
  • Die Wegeventile 40, 43, 59 und 65 werden über Handhebel betätigt, die an einem am Bohrwagen 4 angebrachten Bedienungspult 67 angeordnet sind.
  • Beim schlagenden Bohren eines Bohrlochs 2 wird der Bohrhammer 3 nach jeweils einer der Länge einer Bohrstange 10 entsprechenden Bohrtiefe auf der Lafette 5 leer nach oben zurückgefahren. Alsdann wird eine neue mit einer Muffe 15 versehene Bohrstange'10 mit dem Adapter 8 ergriffen, und auf die jeweils letzte Bohrstange 10 zur Bildung eines Bohrstranges 16 aufschraubt.
  • Nach dem Abbohren des Bohrloches 2 wird der Bohrhammer 3 mit dem Bohrstrang 16 auf der Lafette 5 soweit nach oben zurückgefahren, bis der obere Zweikant 12 der - von oben gesehen - jeweils zweiten Bohrstange 10 in Höhe des Maulschlüssels 21 steht, wobei dieser Halt in bekannter Weise durch einen (nicht dargestellten) Endschalter erfolgt.
  • Nach dem Hochfahren des Hydraulikhammers 3 wird das Wegeventil 43 in die Stellung 1 geschaltet. Die Pumpe 41 fördert somit Druckmedium durch die Leitungsabschnitte 42 und 44 in den Drehmotor 7. Die Vorsteuerung durch den im Leitungsabschnitt 44 herrschenden Druck verhindert ein Schließen des Rückschlagventils 50, so daß das Druckmedium aus dem Motor 7 über das Druckbegrenzungsventil 51 und das Wegeventil 43 in die Rückleitung 48 abfließen kann. Unter dem von dem Druckbegrenzungsventil bestimmten Druck p51 gelangt Druckmittel durch die Verbindungsleitung 55 in die Zylinderkammer 35a, so daß der Maulschlüssel 21 mit einer diesem Druck entsprechenden, abgeschwächten Kraft auf die entsprechende Bohrstange 10 bewegt wird.
  • Die in dem Speicher 61 eingestellte Gasspannung P61 ist größer als der Druck p51, so daß der Speicher hierbei nicht in Funktion tritt. Das aus der oberen Zylinderkammer 35b verdrängte Druckmittel fließt drucklos durch den Leitungsabschnitt 58 und das in der Stellung 0 befindliche Wegeventil 59 in die Rückleitung 48 ab. Da im Leitungsabschnitt 58 kein Druck herrscht, wird die Sperrfunktion des Rückschlagventils 62 nicht beeinträchtigt.
  • Wenn der Maulschlüssel 21 durch die Kolbenstange 34 des Zylinders 35 auf den Zweikant 12 der Bohrstange 10 aufgeschoben ist, wird die Bohrstange 10 am weiteren Drehen gehindert. Damit wird aber auch der Drehmotor 7 blockiert, so daß - abgesehen von geringen Leckagen, die durch die Drosselstelle 53 abgeführt werden - kein Druckmittel an den Ausgang des Drehmotors 7 gelangt und somit der Druck im Leitungsabschnitt 56 und in der Zylinderkammer 35a zusammenbricht. Der Maulschlüssel 21 bleibt somit sicher am Ende seiner durch die Kurvenstücke 30a und 32a gegebenen linearen Bewegung stehen und führt zunächst keine Drehbewegung um die Achse der Bohrstange 10 aus.
  • Hierauf wird das Wegeventil 65 in die Stellung 1 geschaltet: Die obere Zylinderkammer 23a wird von der Pumpe 41 druckbeaufschlagt und die Kolbenstange 27 eingefahren. Die Muffe 15 der an dem Adapter 8 hängenden Bohrstange 10 wird nunmehr durch den kurzen Hebelarm 26 des Hebels 24 gegen das Gegenwerkzeug 25 gepreßt, wodurch ein Verdrehen der Muffe 15 wirksam verhindert wird. Der Leitungsabschnitt 64 wird durch die Schaltstellung 1 des Wegeventils 65 drucklos gemacht, so daß das in der unteren Zylinderkammer 23b befindliche Druckmittel ungehindert abfließen kann.
  • Nach dem Festklemmen der Muffe 15 wird das Wegeventil 43 in die Stellung 2 geschaltet. Dadurch wird der Leitungsabschnitt 44 mit der drucklosen Rücklaufleitung 48 verbunden und die Vorsteuerung des Rückschlagventils 50 aufgehoben. Gleichzeitig wird der Leitungsabschnitt 56 und damit die Zylinderkammer 35a von der Pumpe 41 über das Rückschlagventil 52 mit dem vollen Arbeitsdruck p0 beaufschlagt. Dadurch wird der Maulschlüssel 21 mit einer diesem Druck entsprechenden großen Kraft in der durch die Kurvenstücke 30b und 32b gegebenen Zwangsführung um die Achse des Bohrstranges 16 gedrückt und übt ein entsprechend großes Drehmoment auf die - von oben gesehen - zweite Bohrstange 10 aus. Durch das aufgebrachte große Drehmoment wird die Gewindeverbindung zwischen dem Gewinde 11 der Bohrstange 10 und der Muffe 15 gelöst, so daß ein Abdrehen der oberen Gewindestange mit der Muffe 15 mit geringem Drehmoment, das vom Drehmotor 7 aufgebracht wird, möglich ist. Da der im Speicher 61 eingestellte Druck p61 kleiner ist als der Arbeitsdruck p0 wird der Speicher 61 gleichzeitig auf den Arbeitsdruck p0 aufgeladen.
  • Nach dem Lösen der Gewindeverbindung wird das Wegeventil 43 in die Ausgangsstellung 0 zurückgeschaltet. Der volle Arbeitsdruck p bleibt dennoch in der unteren Zylinderkammer 35a erhalten, weil die Rückschlagventile 57 und 62 einen Druckausgleich verhindern. Der Schlüssel 21 bleibt somit unverändert auf dem Zweikant 12 der Bohrstange 10, wodurch ein sicheres Festhalten des am Schlüssel 21 hängenden Restes des Bohrstranges 16 gewährleistet ist.
  • Zum Abschrauben der oberen Bohrstange 10 und der an ihr hängenden Muffe 15 wird zunächst das Wegeventil 65 in die Stellung 2 geschaltet, so daß die untere Zylinderkammer 23b druckbeaufschlagt und die Klemmwirkung der Klemmeinrichtung 20 auf die Muffe 15 aufgehoben wird.
  • Danach wird das Wegeventil 40 in die Stellung 2 geschaltet, wodurch die Pumpe 37 den Drehmotor 7 über die Leitung 38 druckbeaufschlagt. Durch die dadurch bewirkte Drehung des Motors 7 wird die obere Bohrstange 10 mit der Muffe 15 vom Gewinde 11 der im Schlüssel 21 hängenden Gewindestange 10 abgedreht. Nach dem Trennen vom Adapter 8 wird die abgedrehte Bohrstange in dem Magazin 17 abgelegt. Der Bohrhammer 3 mit dem Adapter 8 wird an der Lafette 5 nach unten geführt und das Wegeventil 40 in die Stellung 1 geschaltet. Der Motor 7 wird nunmehr über die Leitung 39 druckbeaufschlagt und der Adapter 8 auf das freie Gewinde 11 der in dem Schlüssel 21 hängenden Bohrstange 10 aufgeschraubt. Nach dem Aufschrauben wird das Wegeventil 40 in seine Ausgangsstellung O zurückgeschaltet und der Motor 7 gestoppt.
  • Der Bohrstrang 16 wird nunmehr sicher von dem Adapter 8 des Bohrwerks gehalten, so daß der Schlüssel 21 zurückgezogen werden kann. Dazu wird das Wegeventil 59 in die Schaltstellung 1 gebracht. Dadurch wird die obere Zylinderkammer 35b über den Leitungsabschnitt 58 von der Pumpe 41 druckbeaufschlagt. Gleichzeitig verhindert die von dem in der Leitung 58 herrschenden Druck bewirkte Vorsteuerung ein Schließen des Rückschlagventils 62, so daß der Druck in der unteren Zylinderkammer 35a und in dem Druckspeicher 61 abgebaut wird.
  • Der an dem Adapter 8 hängende Bohrstrang 16 wird mit dem Bohrwerk an der Lafette 5 hochgefahren, bis der Zweikant 12 des - von oben gesehen - nunmehr zweiten Bohrstange 10 in Höhe des Schlüssels 21 zu stehen kommt.
  • Zur Entlastung der Bedienungsperson und zur größeren Sicherheit können die von Hand ausgelösten hydraulischen Funktionen in einen übergeordneten, automatischen Ablauf des Bohrvorganges integriert sein.

Claims (4)

1. Vorrichtung mit einem hydraulischen Bohrhammer mit Drehwerk zum schlagenden Bohren von Löchern in Gestein unter Verwendung von Bohrstangen, die an ihren Enden mit einem Gewinde und einem Schlüsselansatz versehen sind, durch einen Adapter am Drehwerk erfaßt und durch Gewindemuffen zu einem Bohrgestänge verbunden werden können,
wobei die Gewindemuffen durch eine Klemmeinrichtung festgehalten werden können,
wobei die - von oben gesehen - jeweils zweite Bohrstange an ihrem oberen Schlüsselansatz durch einen in einer Zwangsführung von einem hydraulischen Zylinder bewegbaren Schlüssel erfaßt und um einen spitzen Winkel gedreht werden kann,
und wobei der Hydromotor des Drehwerks an eine Hauptpumpe und an eine Hilfspumpe angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Bewegung des Schlüssels (21) in Richtung auf den Schlüsselansatz (12) vorgesehene Kammer (35a) des hydraulischen Zylinders (35) an den - bezogen auf die Hilfspumpe (41) - Ausgang des Hydromotors (7) des Drehwerks (6) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (7) des Drehwerks (6) bezogen auf die Hilfspumpe (41) ausgangsseitig über ein von dem Druck in der Zugangsleitung (44) vorgesteuertes Rückschlagventil (50), ein Druckbegrenzungsventil (51) und ein Schaltventil (43) mit der drucklosen Rücklaufleitung (48) verbunden ist
und daß die für die Bewegung des Schlüssels (21) in Richtung auf den Schlüsselansatz (12) vorgesehene Kammer (35a) des hydraulischen Zylinders (35) über eine Verbindungsleitung (55) an das Leitungsstück (56) zwischen dem vorgesteuerten Rückschlagventil (50) und dem Druckbegrenzungsventil (51) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckbegrenzungsventil (51) ein einfaches Rückschlagventil (52) parallel geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (55) ein in Richtung auf das Leitungsstück (56) zwischen dem vorgesteuerten Rückschlagventil (50) und dem Druckbegrenzungsventil (51) sperrendes Rückschlagventil (57) aufweist und daß der zwischen der Zylinderkammer (35a) und dem Rückschlagventil (57)' befindliche Teil (55a) der Verbindungsleitung (55) einerseits mit einem Druckspeicher (61) und andererseits über ein von dem Anschluß der anderen Zylinderkammer (35b) vorgesteuertes Rückschlagventil (62) und ein Schaltventil (59) mit der drucklosen Rückleitung (48) verbunden ist.
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