EP0808987A2 - Hydraulischer Tiefloch-Bohrhammer - Google Patents

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EP0808987A2
EP0808987A2 EP97890089A EP97890089A EP0808987A2 EP 0808987 A2 EP0808987 A2 EP 0808987A2 EP 97890089 A EP97890089 A EP 97890089A EP 97890089 A EP97890089 A EP 97890089A EP 0808987 A2 EP0808987 A2 EP 0808987A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply
hydraulic fluid
channel
valve
hydraulic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97890089A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0808987A3 (de
Inventor
Anton Auer
Friedhelm Dipl.-Ing. Eckey
Karl Ing. Meisenbichler
Christian Dipl.-Ing. Vogl
Johannes Ing. Knapitsch
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.)
Boehler Pneumatik International GmbH
Original Assignee
Bohler Baugerate GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bohler Baugerate GmbH filed Critical Bohler Baugerate GmbH
Publication of EP0808987A2 publication Critical patent/EP0808987A2/de
Publication of EP0808987A3 publication Critical patent/EP0808987A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/12—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using drilling pipes with plural fluid passages, e.g. closed circulation systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/18—Pipes provided with plural fluid passages
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic deep hole hammer drill consisting of a hammer part carrying a drill rod with a drill bit or similar tool, a drill string connected to this part with a supply and return line for a hydraulic fluid with a supply pressure of greater than 100 bar, in particular greater than 180 bar, and a feed line for a flushing medium to the drill part, a device holding and / or moving the drill string and a connection to a hydraulic system and to a supply system for the flushing medium.
  • rotary hammers for rock, concrete or similar hard materials have a hammer part, which converts the energy supplied to them into impact work, and a drill rod with a connection to the hammer part on the one hand and a drill head with a chisel cutting edge, a drill bit or the like designed for local crushing the hard material on the other.
  • the drill rods should be designed as one-piece or as snug as possible or screwed or wedged without play and should have a low mass.
  • long drill rod lengths for large drilling depths necessarily have large masses, which have an adverse effect on the direction of the impact work to the drill head.
  • deep hole hammer drills have been developed for making deep holes in hard materials, which have a hammer part with a smaller diameter than the drill head.
  • the hammer part can thus be introduced into the borehole, so that a short and low-mass drill rod can be used and thus a high efficiency of the impact work for drilling can be achieved.
  • the hammer part is supported or guided in the borehole by means of a drill string, and energy must also be supplied through at least part of the borehole.
  • the invention is based on the object, while avoiding the disadvantages described, of creating a hydraulic deep-hole hammer which has a high degree of readiness for drilling holes in hard materials, prevents hydraulic fluid losses when the drill string length changes or the string is dismantled , large drilling depths enables and overall high economic efficiency.
  • the aim of the invention is therefore to create a drill string which can be formed from several drill rods to great lengths, hydraulic fluid with high pressures in the drill string being able to be passed back and forth to the hammer part, and no fluid losses when broken down or segmented or divided into individual rods occur.
  • the drill string is formed from two or more than two releasably connectable similar boring bars, which boring bars, arranged essentially centrally and / or coaxially, a supply channel and a return flow channel for the hydraulic fluid and the like have guided channel for a flushing medium, in particular a flushing gas channel, and each have a supply end and a connecting end for a follower rod or the hammer part, the ends being formed by cooperating connecting parts connecting the ducts with outside flats for a tool attack.
  • the advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that in a simple manner when screwing the drill rod, for example using open-ended spanners, fixed connections and tight connections for the supply and return flow channels are simultaneously formed by means of the corresponding connecting parts in the drill string . Since the boring bars are of the same design, inexpensive storage is also possible.
  • the channels arranged centrally and / or coaxially in the rods according to the invention have particular advantages with regard to avoiding fluid hoses, coping with pressure from the hydraulic fluid and in particular preventing pressure-dependent bending of the strand.
  • an outer tube of the boring bar and the connecting braces having flats are inseparably connected, in particular by welding, a particularly high stability of the strand during drilling can be achieved.
  • the connecting parts of the boring bars have valve or closure members to largely prevent leakage of hydraulic fluid when the end parts are open or the connection is loosened.
  • the individual boring bars on the bearing can thus be kept filled with hydraulic fluid in both channels, which enables a particularly efficient drilling string formation or extension thereof, because the filling step with fluid to make the deep hole hammer ready for drilling is omitted.
  • valve or closure members in the end or connecting parts can be switched or controlled by a change in pressure of the hydraulic fluid in the supply channel.
  • the connecting part which is inseparably connected to the boring bar outer tube includes an intermediate body which, on the one hand, is detachably or sealingly connected to a hadraulic inner tube representing the supply channel and a hydraulic outer tube, forming a return flow channel, and one has an annular distribution channel and axially directed return flow channels or bores penetrating into it for the hydraulic fluid and, on the outside, axial recesses or channels for the flushing medium, on the other hand abuts on the end face of a guide body containing similar channels and recesses, which in turn is connected upstream with a ring valve body, and that in the intermediate body and guide body an axially displaceable valve sleeve is arranged with a closure part which can be fitted on the inside on the end face and a ring valve on the outside on the valve sleeve slidably, can be placed on an annular sealing surface of the ring
  • compression springs are arranged between the ring valve and the guide body and between the closure part and a spring support.
  • the connecting part has a conical internal thread on the supply part of a boring bar, a quick and tight connection of two boring bars can be created in a particularly simple manner. It is important that the flushing medium is guided substantially coaxially from the supply end into the connection end, the end parts having no closure members for the flushing channel.
  • the connecting thread can be cleaned by screwing out the following bar by means of an outflowing rinsing medium, thereby preventing the same from being rubbed or seized.
  • the connecting part which is inseparably connected to the outer boring bar includes an intermediate body which, on the one hand, detachably or sealingly with a hydraulic inner pipe representing the supply channel and a hydraulic outer pipe, a return flow channel forming, is connected and has return flow channels or bores for the hydraulic fluid as well as recesses or channels for the flushing medium on the outside, and on the end side on a support sleeve containing similar channels and recesses and a guide body which has a locking part guide projecting on the opposite side, an axially displaceable valve sleeve surrounding the guide body at one end and being able to be placed on a ring valve body at the other end and that on the locking part guide axially displaceable closure part can be adjusted on a breakthrough edge or sealing surface of the valve sleeve which is formed centrally on the end face on the inside.
  • Fig. 1 shows a boring bar A with a connecting end M and a supply end W.
  • a connecting part 11 'at the connecting end M and a connecting part 11 at the supply end W are inextricably connected thereto, the connecting parts 11, 11' each having an area have a flattening 13, 13 '.
  • 1a shows a cross section through the area with a square flattening 13 in the connecting part 11.
  • the connecting part 11 is equipped with a conical internal screw thread 12, suitable for an external screw thread 12 'of a connecting part 11' of a following rod.
  • a flushing medium channel (3) is formed concentrically and continues in this form, divided into flushing channels 31, 31 ', in the connecting parts 11, 11'.
  • Fig. 2 shows a screw connection of two boring bars, wherein a supply end W with a connecting end M of a following rod is shown in axial longitudinal section.
  • a connecting part 11 from the supply end W has a conical internal thread 12, in which an external thread 12 'of a connecting part 11' adjoining it engages in a positive and non-positive manner.
  • a supply channel 2 for a hydraulic fluid is guided centrally in a hydraulic inner tube 21, the inner tube 21 and an intermediate body 4 being sealed by a thread or axially displaceably.
  • a hydraulic outer tube 23 is positioned in the same way in the intermediate body 4, an intermediate space between the inner and outer tube forming a return flow channel 22 for a hydraulic fluid.
  • a valve sleeve 5 is arranged in the intermediate tube 4 so as to be displaceable in the axial direction with respect to the pipe connections, a sealing ring 53 sealing the supply duct 2 and a guide body 51 guiding the valve sleeve 5 and limiting its displacement path.
  • a ring valve body 6 is connected to the guide bushing 5 with an inner conical sealing surface 64, to which sealing surface 64 a ring valve 61, which is displaceable on the outside on the valve bushing 5 and by a ring valve seal 62 sealed, can be pressed by means of a spring 63.
  • a locking part 55 can be adjusted centrally on the inner sealing surface of the same by means of a compression spring 52 in the valve sleeve 5.
  • annular valve body 5 'anchored in the connecting connecting part 11' is pressed against that of the supply part W to form a sealing surface 65 during screwing.
  • the valve sleeve 5 'in the connection area M encloses a hollow guide body 51' which forms a continuation of the supply channel 2, which on the one hand rests on a support sleeve 57 'and on the other hand is formed into an axial, projecting closure part guide 511'.
  • a closure part 55' On the closure part guide 511 ', sealed to this, a closure part 55' is slidably mounted, which can be pressed on the inside by a spring against a central opening of the valve sleeve 5 '.
  • a small intermediate valve space 27 is formed between the supply-side closure body 55 and that 55 'of the connection side M, from which hydraulic fluid can escape when boring bars are separated. This intermediate valve space 27 can be further reduced by a truncated cone shape of the closure parts 55 and 55 '.
  • FIG. 2a shows a cross section 55 through a supply end W of a boring bar, an intermediate body 4 with backflow channels 25 and flushing channels 31 being enclosed by a connecting part.
  • a hydraulic inner tube is connected to the intermediate body 4, forming a supply channel.
  • 3a, 3b, 4, 5 and 6 show schematically an attachment of a drill rod to form an elongated drill string.
  • FIG. 3a shows a supply end W which is to be connected to a connection end.
  • a supply channel 2 with hydraulic fluid is closed by means of a closure part 55 in a valve sleeve 5 and a return flow channel 22 or a plurality of return flow channels 25 are sealed by a ring valve 61.
  • Flushing channels 31 have no shut-off device, so that a connecting end M of a follower rod can be cleaned of sand and the like dirt by letting flushing medium flow out.
  • a supply channel 2 (FIG. 3b) and a return flow channel 22 are sealed by a closure part 55 'and a valve sleeve 5' and an annular valve body 6 ', so that a hydraulic fluid is enclosed in the channels.
  • valve body sealing surfaces 65 and high-pressure sealing surfaces 56 are placed against one another in the connecting parts 11, 11 '.
  • valve sleeve 5 arranged on the supply side and the adjacent valve sleeve 5 'in the connection end M are displaced in the axial direction.
  • the closure part guide 511 ' which is immovably supported in the connection connection part 11', on the one hand brings about an increase in the closure part 55 against the action of spring force by the displacement of the valve bushings 5,5 '.
  • the displacement causes the return flow channel 22 'to open in the connection region M, likewise against a spring force.
  • FIG. 6 shows, with a further increase in the pressure of the hydraulic fluid in the supply channel 2 of the supply end of a boring bar A, the closure body 55 'in the connection area M is also displaced in the axial direction against a spring force and a supply channel 2 which is sufficiently open through the boring bar connection is formed. From the pressure of the back-flowing hydraulic fluid, the ring valve 61 arranged on the supply side is raised, so that the back-flow channel 22 or 25, 25 'is also free for passage of hydraulic fluid.
  • valve bodies 55, 55 'and the valve bushes 5, 5' are each spring-loaded. and the ring valve 61 closed so that the drill string can be disassembled into individual drill rods without leakage of the hydraulic fluid.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Tieflochbohrhamer. Um eine hohe Nutzung der Schlagenergie bei einem hohe Bereitschaftsgrad der Bohreinrichtung zu erreichen und Verluste von Hydraulikfluid bei einer Längenänderung des Bohrstranges zu vermeiden und große Bohrtiefen erreichen zu können, ist vorgesehen, daß der Bohrstrang aus zwei oder mehr als zwei miteinander lösbar verbindbaren gleichartigen Bohrstangen (A) gebildet ist, welche Bohrstangen, im wesentlichen zentral und/oder koaxial angeordnet, einen Versorgungskanal (2) und einen Rückströmkanal (22) für das Hydraulikfluid sowie einen dergleichen geführten Kanal (3) für ein Spülmedium, insbesondere einen Spülgaskanal, besitzen und jeweils ein Versorgungsende (W) sowie ein Anschlußende ( M) für eine Folgestange oder den Hammerteil aufweisen, wobei die Enden durch kooperierende, die Kanäle verbindende Verbindungsteile (11,11') mit außenseitigen Abflachungen ( 13, 13') für einen Werkzeugangriff ausgeformt sind und vorzugweise Ventil-oder Verschlußorgane zur weitgehenden Verhinderung eines Auslaufens von Hydraulikfluid bei offenen Endenteilen bzw. gelöster Verbindung besitzen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Tieflochbohrhammer bestehend aus einem eine Bohrerstange mit einer Bohrkrone oder dergleichen Werkzeug tragenden Hammerteil, einem mit diesem Teil verbundenen Bohrstrang mit einer Versorgungs-und Rückleitung für ein Hydraulikfluid mit einem Versorgungsdruck von größer als 100 bar, insbesondere größer als 180 bar, sowie einer Zuführungsleitung für ein Spülmedium zum Bohrerteil, eine den Bohrstrang haltende und/oder diesen bewegende Einrichtung und einem Anschluß an ein Hydrauliksystem sowie an ein Versorgungssystem für das Spülmedium.
  • Als wesentliche Teile weisen Bohrhämmer für Gestein, Beton oder dergleichen Hartmaterialien einen Hammerteil, der die diesem zugeführte Energie in Schlagarbeit umsetzt und eine Bohrerstange mit einer Verbindung zum Hammerteil einerseits und einem Bohrerkopf mit einer Meißelschneide, einer Bohrerkrone oder einer dergleichen ausgebildeten Brecheinrichtung für eine örtliche Zertrümmerung des Hartmaterials andererseits auf. Um die Schlagarbeit vom Hammerteil möglichst effizient zum Bohrerkopf bringen und für eine wirkungsvolle lokale Zertrümmerung des Hartmaterials nutzen zu können, sollen die Bohrerstangen möglichst einteilig oder miteinander satt anliegend bzw. spielfrei verschraubt oder verkeilt ausgeführt sein sowie eine geringe Masse aufweisen. Große Bohrerstangenlängen für große Bohrtiefen haben jedoch zwangsläufig große Massen, die sich nachteilig auf die Leitung der Schlagarbeit zum Bohrerkopf hin auswirken.
  • Für eine Einbringung von tiefen Löchern in Hartmaterialien wurden zur Überwindung dieses Nachteiles Tieflochbohrhämmer entwickelt, welche einen Hammerteil mit einem geringeren Durchmesser als dem Bohrerkopf entspricht besitzen. Der Hammerteil ist somit in das Bohrloch einbringbar, so daß eine kurze und eine geringe Masse aufweisende Bohrerstange verwendbar und damit ein hoher Wirkungsgrad der Schlagarbeit für ein Bohren erreichbar sind. Zum schlagenden Bohren von tiefen Löchern wird dabei der Hammerteil mittels eines Bohrstranges im Bohrloch abgestützt bzw. geführt, wobei auch eine Energiezufuhr durch zumindest einen Teil des Bohrloches erfolgen muß.
  • Üblicherweise werden Tieflochbohrhämmer hydraulisch betrieben, dies bedeutet, daß die in Schlagarbeit vom Hammerteil umzusetzende Energie diesem mittels eines Hydraulikfluids unter hohem Druck, von durchwegs mehr als 100 bar, zugeführt und nach dem Abarbeiten der Druckenergie rückgeleitet wird. Im Bohrloch sind somit neben dem Bohrstrang für die Halterung des Hammerteiles eine Versorgung und eine Rückleitung für das Hydraulikfluid erforderlich bzw. vorzusehen. Sollte nun ein langer Bohrstrang aus einzelnen Bohrstangen zusammengesetzt werden, in welchen Stangen auch die Leitungen für das Hydraulikfluid vorzusehen sind, so muß , wie dem Fachmann geläufig ist, mit verschiedenartigen Problemen gerechnet werden. Zum einen würden beim Zusammenbau von Bohrstangen zu einem Bohrstrang sowie dessen Verlängerung und insbesondere bei der Demontage desselben nach einem Bohrbetrieb große Verluste an Hydraulikfluid durch ein Leerlaufen der Leitungen entstehen, was auch eine erhebliche Umweltbelastung und dergleichen Schädigungen darstellt, zum anderen wäre die Verfügbarkeit der Anlage zum Bohren gering bzw. die Rüstzeit und die Vorbereitungszeit hoch, was beträchtliche Nachteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Einrichtung mit sich brächte.
  • Es wurde schon versucht, die Bohrstangen längsseitig mit zwei Ausnehmungen zu versehen, diese mit fluchtenden Ausnehmungen aneinander zu setzen und derart einen Bohrstrang mit großer Länge zu bilden, wobei in die Ausnehmungen, die Einzelstangen überschreitend, lange Schläuche für das Hydraulikfluid, abspulbar von zwei Trommeln mit Anschlüssen an ein Hochdrucksystem kommend, positioniert werden. Mit derartigen Bohreinrichtungen kann zwar ein Verlust an Hydraulikfluid gering gehalten werden, jedoch ist die Bohrtiefe durch die Hochdruckschlauchlänge begrenzt und ein hoher anlagentechnischer sowie Arbeitsaufwand erforderlich, womit wiederum wirtschaftliche Nachteile verbunden sind.
  • Ausgehend vom Stand der Technik liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Vermeidung der aufgezeigten Nachteile einen hydraulischen Tieflochhammer zu schaffen, der einen hohen Bohrbereitschaftsgrad für eine Einbringung von Löchern in Hartmaterialien besitzt, Verluste von Hydraulikfluid bei einer Änderung der Bohrstranglänge oder Demontage des Stranges hintanhält, große Bohrtiefen ermöglicht und insgesamt hohe Wirtschaftlichkeit aufweist. Ziel der Erfindung ist also, einen Bohrstrang zu erstellen, der aus mehreren Bohrstangen zu großen Längen ausbildbar ist, wobei Hydraulikfluid mit großen Drücken im Strang zum Hammerteil hin- und rückleitbar ist, und bei einem Abbau oder einer Segmentierung bzw. Teilung in Einzelstangen keine Fluidverluste auftreten.
  • Diese Aufgaben wurden bei einer gattungsgemäßen Einrichtung dadurch gelöst, daß der Bohrstrang aus zwei oder mehr als zwei miteinander lösbar verbindbaren gleichartigen Bohrstangen gebildet ist, welche Bohrstangen, im wesentlichen zentral und/oder koaxial angeordnet, einen Versorgungskanal und einen Rückströmkanal für das Hydraulikfluid sowie einen dergleichen geführten Kanal für ein Spülmedium, insbesondere einen Spülgaskanal, besitzen und jeweils ein Versorgungsende sowie ein Anschlußende für eine Folgestange oder den Hammerteil aufweisen, wobei die Enden durch kooperierende, die Kanäle verbindende Verbindungsteile mit außenseitigen Anflachungen für einen Werkzeugangriff ausgeformt sind.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen,daß auf einfache Weise bei einer Verschraubung der Bohrstange, zum Beispiel unter Verwendung von Maulschlüsseln, gleichzeitig feste Verbindungen und dichte Anschlüsse für den Versorgungs- und Rückströmkanal mittels der entsprechenden Verbindungsteile im Bohrstrang gebildet werden. Da die Bohrstangen gleichartig ausgebildet sind, ist auch eine kostengünstige Lagerhaltung möglich. Besondere Vorteile besitzen die erfindungsgemäß in den Stangen zentral und/oder koaxial angeordneten Kanäle hinsichtlich einer Vermeidung von Fluidschläuchen, einer Druckbewältigung vom Hydraulikfluid und insbesondere einer Verhinderung von durckabhängigen Verbiegungen des Stranges.
  • Wenn, wie weiters in günstiger Form vorgesehen, ein Bohrstangenaußenrohr und die Abflachungen aufweisenden Verbindungsgeile unlösbar, insbesondere durch Schweißung, miteinander verbunden sind, kann eine besonders hohe Stabilität des Stranges beim Bohren erreicht werden.
  • Sowohl für eine Verhinderung eines Verlustes von Hydraulikfluid als auch zum Schutze der Umwelt vor diesbezüglicher Kontamination hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Verbindungsteile der Bohrstangen Ventil- oder Verschlußorgane zur weitgehenden Verhinderung eines Auslaufens von Hydraulikfluid bei offenen Endenteilen bzw. gelöster Verbindung besitzen. Die einzelnen Bohrstangen am Lager können dadurch in beiden Kanälen mit Hydraulikfluid gefüllt gehalten werden, wodurch eine besonders effiziente Bohrstrangbildung oder Verlängerung desselben ermöglicht ist, weil der Füllschritt mit Fluid zur Herstellung der Bohrbereitschaft des Tieflochhammers entfällt.
  • Ein hoher Sicherheits- und Automatisierungsgrad ist erreichbar, wenn die Ventiloder Verschlußorgane in den Enden- bzw. Verbindungsteilen durch eine Druckänderung des Hydraulikfluids im Versorgungskanal schaltbar bzw.steuerbar sind.
  • In konstruktiver und in funktioneller Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn in den Verbindungsteilen am Versorgungsende und am Anschlußende einer Bohrstange jeweils verschiebbare, koaxial ausgebildete Verschlußteile für den Versorgungskanal sowie für den Rückströmkanal vorgesehen sind, welche Verschlußteile, zum Beispiel eine Federkraft überwindend, durch eine Druckänderung des Hydraulikfluids bewegbar sind. Dabei hat es sich als besonders wirkungsvoll herausgestellt, wenn bei Drücken des Hydraulikfluids im Versorgungskanal von kleiner als 8 bar, vorzugsweise kleiner als 5 bar, insbesondere kleiner als 3 bar, die verschiebbaren Verschlußteile eine Abdichtung bildend, an deren Gegenkörper anliegen und vorzugsweise mit Druckkraft , insbesondere mittels Federdruckkraft, beaufschlagt sind.
  • Eine besonders bevorzugte Form bei Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, wenn am Versorgungsende der Bohrstange der mit dem Bohrstangenaußenrohr unlösbar verbundene Verbindungsteil einen Zwischenkörper einschließt, welcher einerseits lösbar oder dichtend mit einem den Versorgungskanal darstellenden Hadraulikinnenrohr und einem Hydraulikaußenrohr, einen Rückströmkanal bildend, verbunden ist und einen ringförmigen Verteilungskanal und axial gerichtete, in diesen eindringende Rückströmkanäle bzw. Bohrungen für das Hydraulikfluid sowie außenseitig axiale Ausnehmungen bzw. Kanäle für das Spülmedium aufweist, andererseits stimseitig an einem, gleichartige Kanäle und Ausnehmungen beinhaltenden Führungskörper anliegt, der seinerseits vorgeordnet mit einem Ringventilkörper verbunden ist, und daß im Zwischenkörper und Führungskörper eine axial verschiebbare Ventilbüchse mit einem, an diese innen stimseitig anlegbaren Verschlußteil angeordnet ist und ein Ringventil außenseitig auf der Ventilbüchse verschiebbar, an eine Ringdichtfläche des Ringventilkörpers anlegbar ist. Dabei werden nicht nur fertigungstechnische und wirtschaftliche Vorteile erreicht, sondem es besteht auch, wie es sich gezeigt hat, höchstmögliche Sicherheit gegen ein Austreten von Hydraulikfluid sowohl bei einem Lagem und bei einem Zusammenbau der gefüllten Bohrstangen als auch bei einer Demontage des Bohrstranges.
  • Eine weiters günstige Ausbildungsform wird erreicht, wenn zwischen Ringventil und Führungskörper sowie zwischen Verschlußteil und einer Federabstützung Druckfedem angeordnet sind.
  • Wenn am Versorgungsteil einer Bohrstange das Verbindungsteil ein konisches Innengewinde aufweist, kann auf besonders einfache Weise eine rasche und dichte Verbindung von zwei Bohrstangen erstellt werden. Dabei ist es wichtig, daß das Spülmedium im wesentlichen koaxial aus dem Versorgungsende in das Anschlußende geführt wird, wobei die Endenteile keine Verschlußorgane für den Spülkanal aufweisen. Bei einem Zusammenbau von Bohrstangen im harten praktischen Einsatz kann dadurch vor dem Einschrauben der Folgestange mittels ausströmenden Spülmediums das Anschlußgewinde gesäubert werden , wodurch ein Verreiben oder Anfressen derselben verhindert wird.
  • Im Sinne eines leichten Durchsatzes von Hydraulikfluid durch die Verbindungsteile hat es sich als bevorzugt erwiesen, wenn am Anschlußende der Bohrstange der mit dem Bohrstangenaußenrohr unlösbar verbundene Verbindungsteil einen Zwischenkörper einschließt, welcher einerseits lösbar oder dichtend mit einem den Versorgungskanal darstellenden Hydraulikinnenrohr und einem Hydraulikaußenrohr, einen Rückströmkanal bildend, verbunden ist und Rückströmkanäle bzw. Bohrungen für das Hydraulikfluid sowie außenseitig Ausnehmungen bzw. Kanäle für das Spülmedium aufweist, andererseits stirnseitig an einer, gleichartige Kanäle und Ausnehmungen beinhaltende Stützhülse und einen Führungskörper , der eine auf der Gegenseite vorragende Verschlußteilführung aufweist, anliegt, wobei eine axial verschiebbare Ventilbüchse an einem Ende den Führungskörper umgibt und am anderen Ende an einem Ringventilkörper anlegbar ist und daß ein auf der Verschlußteilführung axial verschiebbarer Verschlußteil an einer stimseitig innen zentrisch ausgebildeten Durchbruchskante bzw. Dichtfläche der Ventilbüchse anstellbar ist.
  • Gegen ein Austreten von Hydraulikfluid hat sich dabei besonders bewährt, wenn zwischen Stützhülse und Ventilbüchse sowie zwischen Führungskörper und Verschlußteile Druckfedern angeordnet sind.
  • Schließlich hat sich funktionell, einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad erbringend als vorteilhaft gezeigt, wenn bei einer Verbindung von Bohrstangen der Versorgungskanal für das Hydraulikfluid durch mindestens eine, insbesondere konisch ausgebildete, Dichtfläche an den Stimseiten der radial verschiebbaren und radial gegen einen Anschlag andrückbaren Ventilbüchsen und der Rückströmkanal durch diese und durch mindestens eine weitere Dichtfläche, welche jeweils an den Stirnflächen der relativ zu den Verbindungsteilen unverschiebbar gehaltenen Ringventilkörper ausgebildet ist, abgedichtet sind.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
    Es zeigen
    • Fig. 1 eine Bohrstange im Längsschnitt
    • Fig. 1a einen Querschnitt der Bohrstange im Bereich einer Anflachung
    • Fig. 2 einen Längsschnitt eines Bohrstranges im Bereich von Verbindungsteilen
    • Fig. 2a einen Querschnitt des Stranges im Bereich eines Versorgungsendes
    • Fig. 3a einen Längsschnitt durch ein Versorgungsende einer Bohrstange
    • Fig. 3b einen Längsschnitt durch ein Anschlußende einer Bohrstange
    • Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Bohrstangenverbindung ( Hydraulikfluid drucklos)
    • Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Bohrstangenverbindung ( Druckaufbau im Hydraulikfluid)
    • Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Bohrstangenverbindung ( bewegtes Hydraulikfluid)
  • In der beiliegenden Bezugszeichenliste sind die Teile mit deren Bezeichnungen, für alle Figuren geltend, angegeben.
  • Fig. 1 zeigt eine Bohrstange A mit einem Anschlußende M und einem Versorgungsende W. An einem Bohrstangenaußenrohr 1 sind am Anschlußende M ein Verbindungsteil 11' und am Versorgungsende W ein Verbindungsteil 11 mit diesem unlösbar verbunden, wobei die Verbindungsteile 11, 11' je einen Bereich einer Abflachung 13, 13' besitzen. In Fig. 1a ist ein Querschnitt durch den Bereich mit einer 4-kant-Abflachung 13 im Verbindungsteil 11 dargestellt. Am Versorgungsende W der Bohrstange A ist das Verbindungsteil 11 mit einem konischen Innen-Schraubengewinde 12, passend für ein Außen-Schraubengewinde 12' eines Verbindungsteiles 11' einer Folgestange ausgestattet. Ein Spülmediumkanal (3) ist konzentrisch gebildet und setzt sich in dieser Form, in Spülkanäle 31, 31' geteilt, in den Verbindungsteilen 11, 11' fort.
  • Fig. 2 zeigt eine Schraubverbindung zweier Bohrstangen, wobei ein Versorgungsende W mit einem Anschlußende M einer Folgestange im axialen Längsschnitt dargestellt ist. Ein Verbindungsteil 11 vom Versorgungsende W weist ein konisches Innengewinde 12 auf, in welches ein Außengewinde 12' eines daran anschließenden Verbindungsteiles 11' form- und kraftschlüssig eingreift. Zentrisch in einem Hydraulikinnenrohr 21 ist ein Versorgungskanal 2 für ein Hydraulikfluid geführt, wobei das Innenrohr 21 und ein Zwischenkörper 4 durch ein Gewinde oder axial verschiebbar abgedichtet sind. Im Zwischenkörper 4 ist auf gleiche Weise ein Hydraulikaußenrohr 23 positioniert, wobei ein Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr einen Rückströmkanal 22 für ein Hydraulikfluid bildet. Eine Ventilbüchse 5 ist im Zwischenrohr 4 in Axrichtung gegenüber den Rohranschlüssen verschiebbar angeordnet, wobei ein Dichtring 53 eine Abdichtung des Versorgungskanales 2 bewerkstelligt und ein Führungskörper 51 die Führung der Ventilbüchse 5 und eine Begrenzung ihres Verschiebeweges bewirken. Mit der Führungsbüchse 5 ist ein Ringventilkörper 6 mit einer inneren konischen Dichtfläche 64 verbunden, an welche Dichtfläche 64 ein Ringventil 61 , welches auf der Ventilbüchse 5 außenseitig verschiebbar und durch eine Ringventildichtung 62 abgedichtet, mittels einer Feder 63 andrückbar ist. Zentrisch in der Ventilbüchse 5 ist ein Verschlußteil 55 an eine innere Dichtfläche derselben mittels einer Druckfeder 52 anstellbar.
  • Vom Anschlußende M einer nachfolgenden Bohrstange, welche einen Verbindungsteil 11' mit einem konischen Außen-Schraubgewinde 12' aufweist, wird bei einer Verschraubung ein im Anschluß-Verbindungsteil 11' verankerter Ringventilkörper 5' an denjenigen des Versorgungsteiles W unter Bildung einer Dichtfläche 65 angedrückt. Eine Ventilbüchse 5' liegt dabei an einer solchen 5 im Versorgungsbereich W an, wobei eine konische ringförmige Dichtfläche 56 gebildet wird. Die Ventilbüchse 5' im Anschlußbereich M umschließt einen, eine Fortführung des Versorgungskanals 2 bildenden hohlen Führungskörper 51', welcher einerseits an einer Stützbüchse 57' anliegt und andererseits zu einer axialen, vorragenden Verschlußteilführung 511' ausgeformt ist. Auf der Verschlußteilführung 511' ist, zu dieser abgedichtet, ein Verschlußteil 55' verschiebbar gelagert, der durch eine Feder innenseitig an einen zentrischen Durchbruch der Ventilbüchse 5' andrückbar ist. Zwischen dem versorgungsseitigen Verschlußkörper 55 und jenem 55' der Anschlußseite M ist ein kleiner Zwischenventilraum 27 gebildet, aus welchem bei einer Separierung von Bohrstangen Hydraulikfluid austreten kann. Dieser Zwischenventilraum 27 kann durch eine Kegelstumpfform der Verschlußteile 55 und 55' weiter verkleinert werden.
  • In Fig. 2a ist ein Querschnitt 55 durch ein Versorgungsende W einer Bohrstange dargestellt, wobei ein Zwischenkörper 4 mit Rückströmkanälen 25 und Spülkanälen 31 von einem Verbindungsteil umschlossen ist. Mit dem Zwischenkörper 4 ist , einen Versorgungskanal bildend, ein Hydraulikinnenrohr verbunden.
  • Die Fig. 3a, 3b, 4, 5 und 6 zeigen schematisch ein Anbringen einer Bohrstange zur Bildung eines verlängerten Bohrstranges.
  • In Fig. 3a ist ein Versorgungsende W gezeigt, welches mit einem Anschlußende zu verbinden ist. Ein Versorgungskanal 2 mit Hydraulikfluid ist mittels eines Verschlußteiles 55 in einer Ventilbüchse 5 verschlossen und ein Rückströmkanal 22 bzw. mehrere Rückströmkanäle 25 sind durch ein Ringventil 61 abgedichtet.
  • Spülkanäle 31 weisen kein Absperrorgan auf, so daß ein Anschlußende M einer Folgestange durch Ausströmenlassen von Spülmedium von Sand und dergleichen Dreck gesäubert werden kann.
  • Im Anschlußende M sind ein Versorgungskanal 2 ( Fig. 3b) und ein Rückströmkanal 22 durch einen Verschlußteil 55' und eine Ventilbüchse 5' sowie einen Ringventilkörper 6' abgedichtet, so daß ein Hydraulikfluid in den Kanälen eingeschlossen ist.
  • Bei einem Einschrauben eines Anschlußendes M in ein Versorgungsende W (Fig. 4) werden in den Verbindungsteilen 11, 11' jeweils Ventilkörperdichtflächen 65 und Hochdruckdichtflächen 56 aneinander angelegt.
  • Wird nun, wie in Fig. 5 dargestellt, der Druck im Versorgungskanal für das Hydraulikfluid erhöht, so erfolgt dadurch ein Verschieben der versorgungsseitig angeordneten Ventilbüchse 5 und der anliegenden Ventilbüchse 5' im Anschlußende M in Axrichtung. Die Verschlußteilführung 511', welche unverschiebbar im Anschlußverbindungsteil 11' abgestützt ist, bewirkt durch die Verschiebung der Ventilbüchsen 5,5' einerseits eine Anhebung des Verschlußteiles 55 gegen eine Federkrafteinwirkung. Andererseits erfolgt durch die Verschiebung eine Öffnung des Rückströmkanals 22' im Anschlußbereich M ebenfalls gegen eine Federkraft.
  • Wie Fig. 6 zeigt, wird bei einer weiteren Erhöhung des Druckes vom Hydraulikfluid im Versorgungskanal 2 des Versorgungsendes einer Bohrstange A gegen eine Federkraft auch der Verschlußkörper 55' im Anschlußbereich M in Axrichtung verschoben und ein durch die Bohrstangenverbindung durchreichend freier Versorgungskanal 2 gebildet. Vom Druck des rückströmenden Hydraulikfluids erfolgt ein Anheben des versorgungsseitig angeordneten Ringventils 61, so daß auch der Rückströmkanal 22 bzw. 25, 25' für einen Durchgang von Hydraulikfluid freigestellt ist.
  • Wird nun der Druck des Hydraulikfluids im Versorgungskanal 2 abgesenkt, so werden jeweils durch Federkraft die Ventilkörper 55, 55' , die Ventilbüchsen 5, 5' und das Ringventil 61 geschlossen, so daß ohne Auslaufen des Hydraulikfluids der Bohrstrang in einzelne Bohrstangen demontierbar ist.

Claims (12)

  1. Hydraulischer Tieflochbohrhammer bestehend aus einem eine Bohrerstande mit einer Bohrkrone oder dergleichen Werkzeug tragenden Hammerteil, einem mit diesem Teil verbundenen Bohrstrang mit einer Versorgungs- und Rückleitung für ein Hydraulikfluid mit einem Versorgungsdruck von größer als 100 bar, insbesondere größer als 180 bar, sowie einer Zuführungsleitung für ein Spülmedium zum Bohrerteil, eine den Bohrstrang haltende und/oder diesen bewegende Einrichtung und einem Anschluß an ein Hydrauliksystem sowie an ein Versorgungssystem für das Spülmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrstrang aus zwei oder mehr als zwei miteinander lösbar verbindbaren gleichartigen Bohrstangen (A) gebildet ist, welche Bohrstangen, im wesentlichen zentral und/oder koaxial angeordnet, einen Versorgungskanal (2) und einen Rückströmkanal (22) für das Hydraulikfluid sowie einen dergleichen geführten Kanal (3) für ein Spülmedium, insbesondere einen Spülgaskanal, besitzen und jeweils ein Versorgungsende (W) sowie ein Anschlußende (M) für eine Folgestange oder den Hammerteil aufweisen, wobei die Enden durch kooperierende, die Kanäle verbindende Verbindungsteile (11, 11') mit außenseitigen Abflachungen (13,13') für einen Werkzeugangriff ausgeformt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrstangenaußenrohr (1) und die Abflachungen (13, 13') aufweisenden Verbindungsteile ( 11, 11') unlösbar, insbesondere durch Schweißung, miteinander verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile ( 11, 11') der Bohrstangen (A) Ventil- oder Verschlußorgane zur weitgehenden Verhinderung eines Auslaufens von Hydraulikfluid bei offenen Endenteilen bzw. gelöster Verbindung besitzen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil- oder Verschlußorgane in den Enden-bzw. Verbindungsteilen ( 11, 11') durch eine Druckänderung des Hydraulikfluids im Versorgungskanal (2) schaltbar bzw. steuerbar sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsteilen ( 11, 11') am Versorgungsende ( W) und am Anschlußende (M) einer Bohrstange ( A) jeweils verschiebbare, koaxial ausgebildete Verschlußteile ( 55, 55', 6, 5') für den Versorgungskanal (2) sowie für den Rückströmkanal ( 25, 22) vorgesehen sind, welche Verschlußteile, zum Beispiel eine Federkraft überwindend, durch eine Druckänderung des Hydraulikfluids bewegbar sind.
  6. Vorrichtung nach einem er Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drücken des Hydraulikfluids im Versorgungskanal (2) von kleiner als 8 bar, vorzugsweise kleiner als 5 bar, insbesondere kleiner als 3 bar, die verschiebbaren Verschlußteile ( 5,55,61,5', 55), eine Abdichtung bildend. an deren Gegenkörper (4,5,6,6',5') anliegen und vorzugsweise mit Druckkraft, insbesondere mittels Federdruckkraft, beaufschlagt sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Versorgungsende (W) der Bohrstange (A) der mit dem Bohrstangenaußenrohr (1) unlösbar verbundene Verbindungsteil (11) einen Zwischenkörper (4) einschließt, welcher einerseits lösbar oder dichtend mit einem, den Versorgungskanal (2) darstellenden Hydraulikinnenrohr (21) und einem Hydraulikaußenrohr (23), einen Rückströmkanal (22) bildend, verbunden ist und einen ringförmigen Verteilungskanal (24) und axial gerichtete, in diesen eindringende Rückstromkanäle (25) bzw. Bohrungen für das Hydraulikfluid sowie außenseitig axiale Ausnehmungen (31) bzw. Kanäle für das Spülmedium aufweist, andererseits stimseitig an einem, gleichartige Kanäle (25) und Ausnehmungen (31) beinhaltenden Führungskörper (51) anliegt, der seinerseits vorgeordnet mit einem Ringventilkörper (6) verbunden ist, und daß im Zwischenkörper (4) und Führungskörper (51) eine axial verschiebbare Ventilbüchse (5) mit einem, an diese innen stirnseitig anlegbaren Verschlußteil (55) angeordnet ist und ein Ringventil (63), außenseitig auf der Ventilbüchse (5) verschiebbar, an eine Ringdichtfläche (64) des Ringventilkörprs (6) anlegbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ringventil (61) und Führungskörper ( 51) sowie zwischen Verschlußteil (55) und einer Federabstützung (54) Druckfedem ( 63,52) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Versorgungsteil (W) einer Bohrstange (A) das Verbindungsteil (11) ein konisches Innengewinde (12) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschlußende (M) der Bohrstange (A) der mt dem Bohrstangenaußenrohr (1) unlösbar verbundene Verbindungsteil (11') einen Zwischenkörper (4') einschließt, welcher einerseits lösbar oder dichtend mit einem, den Versorgungskanal (2) darstellenden Hydraulikinnenrohr (21) und einem Hydraulikaußenrohr (23), einen Rückströmkanal (22) bildend, verbunden ist und Rückströmkanäle (25') bzw. Bohrungen für das Hydraulikfluid sowie außenseitig Ausnehmungen (31') bzw. Kanäle für das Spülmedium aufweist, andererseits stimseitig an einer , gleichartige Kanäle ( 25') und Ausnehmungen (31') beinhaltenden Stützhülse ( 57') und einen Führungskörper ( 51'), der eine auf der Gegenseite eine vorragende Verschlußteilsführung (511) aufvveist, anliegt, wobei eine axial verschiebbare Ventilbüchse (5') an einem Ende den Führungskörper (51') umgibt und am anderen Ende an einem Ringventilkörper (6') anlegbar ist und daß ein auf der Verschlußteilführung ( 511') ein axial verschiebbarer Verschlußteil (55') an einer stimseitig innen zentrisch ausgebildeten Durchbruchskante bzw. Dichtfläche der Ventilbüchse (5') anstellbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stützhülse (57') und Ventilbüchse (5') sowie zwischen Führungskörper (51') und Verschlußteil (55') Druckfedern angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verbindung von Bohrstangen (A) der Versorgungskanal (2) für das Hydraulikfluid durch mindestens eine, insbesondere konisch ausgebildete, Dichtfläche (56) an den Stirnseiten der radial verschiebbaren und radial gegen einen Anschlag andrückbaren Ventilbüchsen ( 5,5') und der Rückstromkanal ( 22, 25) durch diese und durch mindestens eine weitere Dichtfläche (65), welche jeweils an den Stirnflächen der relativ zu den Verbindungsteilen ( 11, 11') unverschiebbar gehaltenen Ringventilkörper ( 6,6') ausgebildet ist, abgedichtet sind.
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