EP0979920B1 - Bohrvorrichtung mit Doppelschlagsystem - Google Patents

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EP0979920B1
EP0979920B1 EP98121952A EP98121952A EP0979920B1 EP 0979920 B1 EP0979920 B1 EP 0979920B1 EP 98121952 A EP98121952 A EP 98121952A EP 98121952 A EP98121952 A EP 98121952A EP 0979920 B1 EP0979920 B1 EP 0979920B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling apparatus
compensation ring
ring
shank end
striker
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98121952A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0979920A3 (de
EP0979920A2 (de
Inventor
Dieter Güde
Josef Maus
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.)
Deilmann Haniel Mining Systems GmbH
Original Assignee
Deilmann Haniel Mining Systems 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 Deilmann Haniel Mining Systems GmbH filed Critical Deilmann Haniel Mining Systems GmbH
Publication of EP0979920A2 publication Critical patent/EP0979920A2/de
Publication of EP0979920A3 publication Critical patent/EP0979920A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0979920B1 publication Critical patent/EP0979920B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/03—Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • 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
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
    • E21B6/04—Separate drives for percussion and rotation
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/002—Drilling with diversely driven shafts extending into the borehole
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the invention relates to a drilling device with outer tubes screwed together and screwed together inner tubes, which via a slewing gear or a Drehtschtechnik are driven, the outer tube to a turntable on both sides überragendes Einsteckende coupled and over a the inner tube associated and formed acted upon with this slidably arranged in the longitudinal direction impact member is.
  • Such drilling devices are used in special civil engineering, in stone and Earth and used in the construction industry. They serve in more or less hard Mountains drill holes, into which then an anchor is inserted and fixed is, for example, in this way, the mountains or the ground to solidify.
  • These drills are provided with an outer tubing string and a Inner pipe string used, the individual outer tubes and inner tubes each with Threaded and therefore are to be screwed together. While through the hollow inner tube flushing fluid from a flushing head to the drill bits is conducted, the enriched with cuttings rinse liquid is then over the gap between the outer tube and inner tube again raised to the day.
  • the inner tube is usually acted upon by a rotary impact mechanism, while the outer tube only driven by a slewing gear. Especially with harder rocks, this can cause problems.
  • the invention is therefore based on the object, a Bohrvotechnisch so form that the outer tube with the same device long-term rotation or can be impacted and operated.
  • the object is achieved according to the invention in that the insertion end Drehtschwerks 54 a compensation ring is assigned, the one under the pipe material or the Schlagteils lying hardness and the adjacent end piece the insertion adapted and occurring forces balancing shape and / or Surface has.
  • the striker is the ring wreath meant by the DE-PS 35 03 893 the end piece of the insertion end acted upon.
  • the tail of the Inserting and the impact part set a balancing ring, both in terms of rotating striking part as well as the beating striking part for a balance, so that neither the impact part nor the insertion end prematurely overloaded or damaged can be.
  • the balancing ring itself and its skillful training and choice of material is not only achieved that, if any, the balancing ring Wears, but such wear usually does not occur at all, because the compensation ring for a uniform transmission of the forces, d. H. Blows, care. This is true because of the special shape, d.
  • the Balancing ring on one side a spatially curved, with the adjacent end of the Having a mating corresponding surface. This is a centering the balancing ring on the one hand and the insertion end on the other hand, without it one exact guidance of these two parts is needed. At the same time ensures such a compensation ring and a trained trained insertion for the fact that possibly not exactly centric incident forces but exactly centric on or in the External pipe to be forwarded. Thus, the mentioned assurance of the balance designed compensating ring ensured.
  • the invention provides that the compensation ring a spatially curved on both sides, with the adjacent end of the insertion having corresponding surface, it being understood that the insertion end on the one hand and the impact part on the other hand also a correspondingly curved surface have, which are formed correspondingly reversed.
  • the balancing ring preferably lies with its curved surface or rather with its curved surfaces on the one hand in accordance with tolerated executed Einsteckende or in the tolerated blow part. Already the description clarifies that kept in this way the balance ring always in an optimal position without any other control mechanisms or Control mechanisms needed.
  • the balancing ring is to be assigned to the insertion end, which has the advantage has that when retracting the striking mechanism with the impact part of the loose component trained compensation ring can remain at the insertion.
  • Tilting o. ⁇ .
  • the invention provides that the insertion end by a housing carrying the slewing motors, the compensation ring mitein fauxd is trained.
  • Particularly useful and simple is the housing with appropriate Provided projections which fix the correspondingly large compensation ring, while the impact part has a correspondingly smaller diameter and Accordingly, it can be introduced into the housing according to the fact that it is in the rotational impact operation rests on the compensation ring or the corresponding surface.
  • the balance ring has a center bore lying over the diameter of the inner tube.
  • This center hole can be expediently even provided with bevels, so as a Damage in this area should be avoided by striking the striker.
  • the edge is in the region of the striking impact part beveled while on the opposite side of the center hole one appropriate slope may be missing.
  • the impact part is in principle part of the inner tube, is accordingly influenced by the rotary impact mechanism and the impact energy can also on the Pass outdoor linkage.
  • the invention provides that the impact part designed as a stop sleeve is, which is releasably connected to the insertion end of the rotary impact mechanism.
  • This Insertion has corresponding thread, so that the intermediate impact sleeve can be replaced if necessary, so that then the rotary impact mechanism and the slewing are closer to each other, if only the outer tube is applied rotationally.
  • Fast conversions are possible in this way, but in particular the impact sleeve can also be exchanged as needed replaced by a larger or smaller or even simply replaced.
  • the balance ring is acted upon by the impact sleeve, with the corresponding Forces can be transmitted optimally, if according to the invention of Compensation ring corresponding to the head of the impact sleeve or the insertion, preferably has a larger outer diameter.
  • the bigger one Diameter is advantageous if the balance ring in the housing by accordingly trained noses or projections should be mitfixiert; otherwise one would be sufficient equal equalization ring.
  • the invention provides that the impact sleeve together with the rotary impact mechanism in its longitudinal direction, independent of the slewing gear the outer tube is designed to be displaceable.
  • the rotary impact mechanism with the Impact sleeve is thus subtracted from the outer tube, so that this then only rotating is acted upon while the inner tube continues to act as a rotary impact to ensure the necessary drilling progress. Because the outer tube but only has to cut a relatively limited thick coat, enough for a softer Mountains a rotating action, so that to protect the linkage ultimately then the impact sleeve from the balance ring and the insertion end are deducted can.
  • the impact sleeve dog-bone shaped and equipped with a funnel-shaped protective jacket is set, the end facing away from the balancing ring and the housing is formed in the region of the balancing ring at a distance with covering.
  • a Protective jacket expediently consists of flexible material, for example Hard rubber or plastic. He covers the batting area, d. H. the area where the Impact sleeve impinges on the balance ring. Is the impact sleeve of the balancing ring deducted, a corresponding "shorter" training of the protective jacket, so that this expediently fixed to the inner tube or more precisely to the impact sleeve is and moves with this.
  • this protective jacket can be removed, because he expediently only determined by a kind of press ring on the dog bone-shaped impact sleeve is.
  • the balancing ring both with respect to the overall shape as well as the material is designed so that he can act as a compensation ring.
  • the material is adjusted so that it on the one hand the Impact of the impact sleeve securely on the insertion end and thus the outer tube on the other hand, however, this insertion end so protects it by the blows can not be damaged.
  • Both the shape and the material continue to provide that not exactly center striking blows are compensated so far, that it can not be damaged on the corresponding components, wherein the rotating impact sleeve is quasi centered by the balance ring.
  • this compensating ring may be bent or curved outwards as well as after Inside, only the surfaces of the balance ring and the Einsteckringes or the Impact sleeve corresponding corresponding shapes have.
  • the sees Invention then, that the compensation ring from a material of the insertion and the impact sleeve both in terms of hardness and thermal conductivity and deviating material is made of similar values, the toughness preferably higher is that their intended task is safely fulfilled.
  • a particularly suitable for the use of material is bronze, where it is preferably forged bronze.
  • This forged bronze gives one Compensation ring with optimal properties. Both in terms of hardness and toughness As well as other features, it can be the one between the impact sleeve and the insertion end absorb occurring forces without causing damage to him.
  • the invention is characterized in particular by the fact that a drilling device is created, which expediently both an operation with rotating outer linkage such as rotating end outer linkage allows. It does that Drehtschwerk the inner rod or inner tube, as already known, for that the outer tube is also contracted beating. Between the individual Components, d. H. between the impact sleeve on the one hand and the end of the insertion end and thus the outer tube, a compensation ring is set, which in every respect for balancing and at the same time ensuring that those coming from the rotary impact mechanism Impacts are safely transferred to the outer tube when needed.
  • the balancing ring ensures that both in terms of heat and impinging Energy overloads of the insertion especially but also the impact sleeve can not occur.
  • a drilling device 1 for double linkage is shown in Fig. 1 in side view.
  • the Outer tube is designated 2, the smaller diameter inner tube with 3.
  • the slewing gear 4 wherein here on the representation of details can be omitted, ensure the slewing motors 6 of the rotary impact mechanism 7 together with the impact device that the inner tube 3 is applied rotationally.
  • Fig. 1 actually shows the end of the outer tube 2 forming spigot 5, the end equipped with a double thread 14.
  • the slewing gear 4 and the rotary impact mechanism 7 can work together on one here only indicated sledges are moved longitudinally so as to ensure that the entire drill string is driven into the mountains or in the building land.
  • the sledge is divided into two parts. The parts are connected via a hydraulic cylinder, to pull the punch off the slewing gear.
  • Fig. 2 shows once again the flushing head 13, which sits on the inner tube 3, and the impact part 8, which is designed here as a stop sleeve 15.
  • This impact sleeve 15 acts on the balance ring 10 on the end piece 11 of the insertion end 5 and thus on the outer tube 2.
  • the inner tube 3 is not shown here thread screwed to the stop sleeve 15.
  • the head 17 of the impact sleeve 15 acts directly on the balance ring 10, wherein the rotating movement of the impact sleeve 15 an influence on the balance ring 10 is not affected, especially on the Lubrication holes 12 pressed into the region of the balance ring 10 grease can be.
  • Recognizable is the inner channel 20, over which the detergent in the direction not here shown drill bit is promoted.
  • the head 17 of the impact sleeve 15 and the end portion of the housing 19 with the appropriately mounted balance ring 10 are covered by a protective jacket 18 and secured, on the end facing away from the balance ring 10 end 19 of the impact sleeve 15 is set so that he together with the impact sleeve 15 and back pushes, but always ensures that, especially when activated impact mode the area of the compensation ring 10 is covered.
  • Fig. 3 shows a balancing ring 10 in section, wherein the surfaces 21, 22nd here on both sides of the balance ring 10 straight.
  • these surfaces 21, 22 are preferably spatially curved trained so u a. a self-centering of the impact sleeve 15 at Impact operation and a large surface (bearing surface) to achieve.
  • the center bore 23 is larger than the outer diameter of the inner tube 3, which is also clear from Fig. 2, so that facilitates insertion of the inner tube is, but at the same time an influence on the balance ring 10 through the inner tube or vice versa is excluded.
  • the outer edges 24, 25 are rounded, as Fig. 3 illustrates, wherein also the inner edges 26 may have corresponding fillets or bevels.
  • the compensation ring 10 consists of appropriately matched toughened material, wherein the surfaces 21, 22 can also be smoothed so far that in addition to or even without lubricant always an even operation of itself rotating impact sleeve 15 is possible.
  • the correspondingly facing surface of the impact sleeve 15 is smoothed, and also the corresponding Surface of the insertion end 5.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit miteinander verschraubten Außenrohren und miteinander verschraubten Innenrohren, die über ein Drehwerk bzw. ein Drehschlagwerk antreibbar sind, wobei das Außenrohr an ein das Drehwerk beidseitig überragendes Einsteckende ankoppelbar und über ein dem Innenrohr zugeordnetes und mit diesem in Längsrichtung verschiebbar angeordnetes Schlagteil beaufschlagbar ausgebildet ist.
Derartige Bohrvorrichtungen werden im Spezialtiefbau, in der Stein- und der Erden- und in der Bauindustrie eingesetzt. Sie dienen dazu, in mehr oder weniger hartes Gebirge Bohrlöcher einzubringen, in die dann ein Anker eingeschoben und festgelegt wird, um beispielsweise auf diese Art und Weise das Gebirge bzw. den Baugrund zu verfestigen. Diese Bohrvorrichtungen werden mit einem Außenrohrstrang und einem Innenrohrstrang eingesetzt, wobei die einzelnen Außenrohre und Innenrohre jeweils mit Gewinde ausgerüstet und von daher miteinander zu verschrauben sind. Während durch das hohle Innenrohr Spülflüssigkeit von einem Spülkopf aus bis zu den Bohrkronen geführt wird, wird die mit Bohrklein angereicherte Spülflüssigkeit dann über den Zwischenraum zwischen Außenrohr und Innenrohr wieder zum Tage gehoben. Das Innenrohr ist in aller Regel über ein Drehschlagwerk beaufschlagt, während das Außenrohr nur über ein Drehwerk angetrieben wird. Insbesondere bei härterem Gestein kann dies zu Problemen führen. Aus diesem Grund wird gemäß DE-PS 35 03 893 vorgesehen, dass der Drehschlagantrieb für das Innengestänge gleichzeitig ausgenutzt wird, um auch das rückwärtige Ende des Außengestänges entsprechend zu beaufschlagen. Hierzu wird das Innengestänge mit einem Ringkragen ausgerüstet, um so gleichzeitig auch das Außengestänge durch Schläge mitzubeaufschlagen. Das Schlagwerk kann mit dem Ringkragen in Längsrichtung zurückgezogen werden, um auf diese Art und Weise die Bohrvorrichtung auch nur mit drehendem Außenrohr betreiben zu können. Aufgrund bestehender Probleme ist nach einer Ausbildung gemäß DE-PS 35 03 893 vorgesehen, die Stirnseite des Ringkragens und das Ende des Außenrohres mit Verzahnungen zu versehen, um so eine drehfeste Kopplung von Außengestänge und Innengestänge zu erreichen. Aber auch diese Verzahnung führte nur zu weiteren Problemen und zu einem so hohen Verschleiß des Ringkragens und auch gegebenenfalls des Endstückes des Außenrohres, so dass ein längerer Betrieb derartiger Bohrvorrichtungen nicht möglich ist. Dabei muss berücksichtigt werden, dass der auf das Endstück des Außenrohres aufschlagende Ringkranz ja gleichzeitig mit dem Innenrohr zusammen auch noch gedreht wird. Die beiden Drehwerke werden über die Verzahnung zwangsweise miteinander verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorichtung so auszubilden, dass auch das Außenrohr mit der gleichen Vorrichtung langfristig dreh- oder drehschlagbeaufschlagt und -betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Einsteckende drehschlagwerksseitig ein Ausgleichsring zugeordnet ist, der eine unter der des Rohrmaterials bzw. des Schlagteils liegende Härte und eine dem angrenzenden Endstück des Einsteckendes angepaßt und auftretende Kräfte ausgleichende Form und/oder Oberfläche aufweist.
Mit dem Schlagteil ist der Ringkranz gemeint, der bei der DE-PS 35 03 893 das Endstück des Einsteckendes beaufschlagt. Bei der vorliegenden Lösung wird nun zwischen die beiden aufeinander schlagenden Teile, d. h. das Endstück des Einsteckendes, und das Schlagteil ein Ausgleichsring gesetzt, der sowohl bezüglich des drehenden Schlagteils als auch des schlagenden Schlagteils für einen Ausgleich sorgt, so dass weder das Schlagteil noch das Einsteckende frühzeitig überlastet oder beschädigt werden können. Durch den Ausgleichsring selbst und seine geschickte Ausbildung und Materialwahl ist dabei nicht nur erreicht, dass, wenn überhaupt, der Ausgleichsring verschleißt, sondern ein solcher Verschleiß in aller Regel erst gar nicht auftritt, weil der Ausgleichsring für eine gleichmäßige Weiterleitung der auftretenden Kräfte, d. h. Schläge , Sorge trägt. Dies gilt nämlich durch die besondere Formgebung, d. h. die Oberfläche bzw. die gesamte Form des Ausgleichsrings wie auch durch das Material, so dass in aller Regel gesonderte Wartungen nicht notwendig sind, unabhängig davon, ob die Bohrvorrichtung mit einem drehenden oder drehenden und schlagenden Außenrohr betrieben wird. Aber selbst dann, wenn aufgrund irgendwelcher extremer Belastungen eine Überlastung auftritt, ist es lediglich erforderlich, den Ausgleichsring als solchen auszutauschen, wenn sich entsprechende Schäden zeigen sollten.
Bei einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ausgleichsring einseitig eine räumlich gekrümmte, mit dem angrenzenden Endstück des Einsteckendes korrespondierende Oberfläche aufweist. Damit erfolgt eine Zentrierung des Ausgleichsrings einerseits und des Einsteckendes andererseits, ohne dass es einer genauen Führung dieser beiden Teile bedarf. Gleichzeitig sorgt ein derartiger Ausgleichsring und ein entsprechend ausgebildetes Einsteckende dafür, dass die auch eventuell nicht genau zentrisch auftreffenden Kräfte doch genau zentrisch auf bzw. in das Außenrohr weitergeleitet werden. Damit ist die erwähnte Sicherung des auf Ausgleich ausgelegten Ausgleichsringes sichergestellt.
Als besonders zweckmäßig sieht die Erfindung vor, dass der Ausgleichsring beidseitig eine räumlich gekrümmte, mit dem angrenzenden Endstück des Einsteckendes korrespondierende Oberfläche aufweist, wobei es sich versteht, dass das Einsteckende einerseits und das Schlagteil andererseits ebenfalls eine entsprechend gekrümmte Oberfläche aufweisen, die entsprechend umgekehrt ausgebildet sind. Der Ausgleichsring liegt vorzugsweise mit seiner gekrümmten Oberfläche oder besser gesagt mit seinen gekrümmten Oberflächen einerseits im entsprechend gemuldet ausgeführten Einsteckende bzw. im gemuldet ausgeführten Schlagteil. Schon die Beschreibung verdeutlicht, dass auf diese Art und Weise der Ausgleichsring immer in einer optimalen Lage gehalten werden kann, ohne dass es dafür irgendwelcher weiteren Steuermechanismen oder Regelmechanismen bedarf.
Der Ausgleichsring soll dem Einsteckende zugeordnet werden, was den Vorteil hat, dass beim Zurückziehen des Schlagwerkes mit dem Schlagteil der als loses Bauteil ausgebildete Ausgleichsring am Einsteckende verbleiben kann. Um hier ein Verrutschen, Verkanten o. Ä. zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass das Einsteckende von einem die Drehwerksmotoren tragenden Gehäuse den Ausgleichsring miteinfassend ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig und einfach ist das Gehäuse mit entsprechenden Vorsprüngen versehen, die den entsprechend groß ausgebildeten Ausgleichsring fixieren, während das Schlagteil einen entsprechend geringeren Durchmesser aufweist und von daher in das Gehäuse entsprechend so eingeführt werden kann, dass es beim Drehschlagbetrieb auf dem Ausgleichsring bzw. der entsprechenden Oberfläche aufliegt.
Weiter vorn ist bereits darauf hingewiesen worden, dass bei dem beschriebenen Drehschlagbetrieb für das Außenrohr das dem Innenrohr bzw. dem Drehschlagwerk zugeordnete Schlagteil gleichzeitig gedreht wird, weil es ja mit dem Innenrohr verbunden ist oder sogar mit diesem eine Baueinheit bildet. Um hier nun auf der ansonsten glatten Oberfläche Schäden zu vermeiden, die ansonsten ja durch das Bohrwasser auch auftreten können, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass im Gehäuse auf die gekrümmte Oberfläche des Ausgleichsrings gerichtete Schmierbohrungen vorgesehen sind. In diese Schmierbohrungen kann entweder in regelmäßigen Abständen, beispielsweise bei Aufnahme des Betriebes, oder aber auch je nachdem bei Bedarf, Schmierfett o. Ä. eingeführt werden, um so das Aufeinandergleiten der beiden Oberflächen des Ausgleichsringes auf dem Einsteckende bzw. dem Schlagteil sicherzustellen.
Um das beim Aufeinandergleiten beiseitegedrückte Fett aufnehmen zu können und insbesondere um bei der Montage das Innenrohr einfach und zweckmäßig durch den Ausgleichsring hindurchschieben zu können, ist vorgesehen, dass der Ausgleichsring eine über dem Durchmesser des Innenrohrs liegende Mittenbohrung aufweist. Diese Mittenbohrung kann zweckmäßig sogar mit Schrägen versehen sein, um so eine Beschädigung in diesem Bereich durch das Aufschlagen des Schlagteils zu vermeiden. Vorzugsweise ist dementsprechend auch die Kante im Bereich des auftreffenden Schlagteils abgeschrägt, während auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenbohrung eine entsprechende Schräge fehlen kann.
Einerseits um eine zweckmäßige Führung des Ausgleichsringes im Gehäuse zu ermöglichen und andererseits um letztlich bis in den Endbereich ein Hin- und Herschieben des Ausgleichsringes auf den Flächen des Einsteckendes und des Schlagteiles zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Außenränder des Ausgleichsringes abgerundet ausgebildet sind. Es ergibt sich somit ein bezüglich der Kanten rundum abgerundeter Ausgleichsring, der sich damit zweckmäßig zwischen den Flächen des Einsteckendes bzw. des Schlagteils gut lagern und beeinflussen läßt.
Das Schlagteil ist vom Prinzip her Bestandteil des Innenrohres, wird dementsprechend vom Drehschlagwerk beeinflusst und kann die Schlagenergie auch auf das Außengestänge weitergeben. Um Umrüstungen zu erleichtern und um auch die Installation zu optimieren, sieht die Erfindung vor, dass das Schlagteil als Schlagmuffe ausgebildet ist, die mit dem Einsteckende des Drehschlagwerkes lösbar verbunden ist. Dieses Einsteckende weist entsprechende Gewinde auf, so dass die zwischengefügte Schlagmuffe bei Bedarf ausgetauscht werden kann, so dass dann auch das Drehschlagwerk und das Drehwerk dichter beieinander liegen, wenn nämlich das Außenrohr lediglich drehend beaufschlagt wird. Schnelle Umrüstungen sind auf diese Art und Weise möglich, insbesondere aber kann so bei Bedarf die Schlagmuffe auch einmal ausgetauscht, durch eine größere oder kleinere ersetzt oder auch nur einfach ausgetauscht werden.
Der Ausgleichsring wird durch die Schlagmuffe beaufschlagt, wobei die entsprechenden Kräfte optimal übertragen werden können, wenn gemäß der Erfindung der Ausgleichsring einen mit dem Kopf der Schlagmuffe bzw. dem Einsteckende korrespondierenden, vorzugsweise einen größeren Außendurchmesser aufweist. Der größere Durchmesser ist dann vorteilhaft, wenn der Ausgleichsring im Gehäuse durch entsprechend ausgebildete Nasen bzw. Vorsprünge mitfixiert werden soll; ansonsten würde ein gleich großer Ausgleichsring ausreichen.
Drehwerk und Drehschlagwerk werden zusammen in Längsrichtung verschoben, um so das jeweils angeschlossene Außen- und Innenrohr mit dem jeweiligen Strang zusammen ins Bohrloch einzuschieben oder besser gesagt einzuschlagen. Um nun auch einen getrennten Betrieb zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass die Schlagmuffe zusammen mit dem Drehschlagwerk in dessen Längsrichtung unabhängig vom Drehwerk des Außenrohres verschiebbar ausgebildet ist. Das Drehschlagwerk mit der Schlagmuffe wird somit vom Außenrohr abgezogen, so dass dieses dann nur noch drehend beaufschlagt wird, während das Innenrohr nach wie vor drehschlagend beaufschlagt wird, um so den notwendigen Bohrfortschritt zu sichern. Da das Außenrohr aber nur einen relativ begrenzt dicken Mantel schneiden muss, reicht bei weicherem Gebirge eine drehende Beaufschlagung, so dass zur Schonung des Gestänges letztlich dann die Schlagmuffe von dem Ausgleichsring und dem Einsteckende abgezogen werden kann.
Verletzungen der Bohrmannschaft können vermieden werden, indem die Schlagmuffe hundeknochenförmig geformt und mit einem trichterförmigen Schutzmantel ausgerüstet ist, der am dem Ausgleichsring abgewandten Ende festgelegt und das Gehäuse im Bereich des Ausgleichringes im Abstand mit abdeckend ausgebildet ist. Ein solcher Schutzmantel besteht zweckmäßigerweise aus flexiblem Material, beispielsweise aus Hartgummi oder Kunststoff. Er deckt den Schlagbereich ab, d. h. den Bereich, wo die Schlagmuffe auf den Ausgleichsring auftrifft. Ist die Schlagmuffe vom Ausgleichsring abgezogen, reicht eine entsprechend "kürzere" Ausbildung des Schutzmantels, so dass dieser zweckmäßigerweise am Innenrohr oder genauer gesagt an der Schlagmuffe festgelegt ist und sich mit dieser bewegt. Befindet sich die Schlagmuffe auf dem Ausgleichsring und beeinflusst auf diese Weise das Außengestänge bzw. das Einsteckende, so befindet sich der Schutzmantel dicht am entsprechenden Vorsprung des Gehäuses, so dass auch bei unbedachter Handhabung die Bohrmannschaft sich nicht gefährden kann bzw. nicht gefährdet ist. Bei Bedarf, beispielsweise auch bei entsprechender Überprüfung der Schlagmuffe, kann dieser Schutzmantel entfernt werden, weil er zweckmäßigerweise nur über eine Art Pressring an der hunderknochenförmigen Schlagmuffe festgelegt ist.
Weiter vorne ist darauf hingewiesen worden, dass der Ausgleichsring sowohl bezüglich der Gesamtform wie auch bezüglich des Materials so ausgebildet ist, dass er als Ausgleichsring "wirken" kann. Das Material ist so eingestellt, dass es einerseits die Schläge der Schlagmuffe sicher auf das Einsteckende und damit auch das Außenrohr überträgt, andererseits aber dieses Einsteckende so schützt, dass es durch die Schläge nicht beschädigt werden kann. Sowohl die Formgebung wie das Material sorgen weiter dafür, dass auch nicht genau mittig auftreffende Schläge so weit ausgeglichen werden, dass es nicht zu Beschädigungen an den entsprechenden Bauteilen kommen kann, wobei die drehende Schlagmuffe quasi durch den Ausgleichsring zentriert wird. Dabei kann dieser Ausgleichsring sowohl nach Außen gebogen oder gekrümmt sein wie auch nach Innen, nur müssen die Flächen des Ausgleichsringes und des Einsteckringes bzw. der Schlagmuffe entsprechend korrespondierende Formen aufweisen. Ergänzend sieht die Erfindung dann vor, dass der Ausgleichsring aus einem vom Material des Einsteckendes und der Schlagmuffe sowohl bezüglich Härte wie auch Wärmeleitfähigkeit und ähnlicher Werte abweichendes Material gefertigt ist, wobei die Zähigkeit vorzugsweise höher ist, dass die ihnen zugedachte Aufgabe sicher erfüllt wird.
Ein besonders für den Einsatz geeignetes Material ist Bronze, wobei es sich vorzugsweise um geschmiedete Bronze handelt. Diese geschmiedete Bronze ergibt einen Ausgleichsring mit optimalen Eigenschaften. Sowohl bezüglich der Härte und Zähigkeit wie auch weiterer Eigenschaften kann er die zwischen Schlagmuffe und Einsteckende auftretenden Kräfte aufnehmen, ohne dass Schäden an ihm auftreten.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Bohrvorrichtung geschaffen ist, die zweckmäßigerweise sowohl einen Betrieb mit drehendem Außengestänge wie drehendschlagendem Außengestänge ermöglicht. Dabei sorgt das Drehschlagwerk des Innengestänges bzw. Innenrohres, wie schon bekannt, dafür, dass das Außenrohr gleichzeitig auch schlagend beauftragt wird. Zwischen die einzelnen Bauteile, d. h. zwischen die Schlagmuffe einerseits und das Ende des Einsteckendes und damit des Außenrohres, ist ein Ausgleichsring gesetzt, der in jeder Beziehung für einen Ausgleich sorgt und gleichzeitig auch dafür, dass die vom Drehschlagwerk kommenden Schläge sicher bei Bedarf auf das Außenrohr übertragen werden. Der Ausgleichsring sorgt weiter dafür, dass sowohl bezüglich der Wärme wie auch der auftreffenden Energieüberlastungen des Einsteckendes insbesondere aber auch der Schlagmuffe nicht auftreten können. Eine zwangsweise Zentrierung und ein sicheres Übertragen der Kräfte wird durch die besondere Formgebung des Ausgleichsringes abgesichert. Insgesamt gesehen ist damit eine Bohrvorrichtung geschaffen, die hohe Standzeiten erreichen lässt und die vorteilhafterweise einen solchen Dauerbetrieb auch dann ermöglicht, wenn mit Hilfe einer derartigen Bohrvorrichtung Bohrungen durch sehr hartes Gestein getrieben werden sollen, weil nun auch auf Dauer das Außenrohr drehschlagend beaufschlagt und betrieben werden kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1
eine Gesamtansicht einer Bohrvorrichtung mit Doppelschlagwerk in Seitenansicht,
Fig. 2
einen Ausschnitt im Bereich des Ausgleichsringes und
Fig. 3
einen Ausgleichsring im Schnitt.
Eine Bohrvorrichtung 1 für Doppelgestänge zeigt Fig. 1 in Seitenansicht. Das Außenrohr ist mit 2 bezeichnet, das im Durchmesser kleinere Innenrohr mit 3. Während das Außenrohr 2 über das Drehwerk 4 drehend beaufschlagt wird, wobei hier auf die Darstellung von Einzelheiten verzichtet werden kann, sorgen die Drehwerksmotoren 6 des Drehschlagwerkes 7 zusammen mit der Schlageinrichtung dafür, dass das Innenrohr 3 drehschlagend beaufschlagt wird.
Fig. 1 zeigt eigentlich das Ende des Außenrohres 2 bildende Einsteckende 5, das endseitig mit einem Doppelgewinde 14 ausgerüstet ist.
Das Drehwerk 4 und das Drehschlagwerk 7 können gemeinsam auf einem hier nur angedeuteten Schlitten in Längsrichtung verschoben werden, um so dafür zu sorgen, dass der gesamte Bohrstrang ins Gebirge bzw. in den Baurand eingetrieben wird. Der Schlitten ist zweigeteilt. Die Teile werden über einen Hydraulikzylinder verbunden, um das Durchschlagwerk vom Drehwerk abzuziehen.
Soll das Außenrohr 2 bzw. das Einsteckende 5 gleichzeitig nicht nur drehend über das Drehwerk 4, sondern auch schlagend beaufschlagt werden, was beispielsweise erforderlich wird, wenn das Doppelgestänge in das Gebirge bzw. das Gestein eingebohrt wird. Soll nun aufgrund zunehmender Härte des Gesteins oder des Gebirges auch das Schlagteil 8 akiviert werden, um das Außenrohr 2 nicht nur über das Drehwerk 4, sondern auch über das Schlagteil 8 und damit schlagend zu beeinflussen, so wird das Schlagteil 8 in Richtung Gehäuse 9 über den Hydraulikzylinder vorgeschoben und soweit geschoben, bis es auf den hier nur angedeuteten Ausgleichsring 10 auftrifft. Dann wird über das Innengestänge oder besser das Innenrohr 3 gleichzeitig auch Schlagenergie auf das Außenrohr 2 übertragen. Näheres wird anhand der Fig. 2 erläutert.
Ähnlich wie im Drehwerk 4 befindet sich auch im Drehschlagwerk 7 ein Einsteckende 16, also ein Teilrohr, das über die Drehwerksmotoren 6' und das hier nicht weiter bezeichnete schlagende Teil beeinflusst wird. Die entsprechenden Kräfte werden direkt vom Einsteckende 16 auf das Innenrohr 3 übertragen. Gezeigt ist in Fig. 1 auch noch der Spülkopf 13, über den das Spülmittel in den Innenkanal 20 des Innenrohres 3 eingeführt wird, und zwar auch bei sich drehendem Innenrohr 3.
Fig. 2 zeigt noch einmal den Spülkopf 13, der auf dem Innenrohr 3 sitzt, und das Schlagteil 8, das hier als Schlagmuffe 15 ausgebildet ist. Diese Schlagmuffe 15 wirkt über den Ausgleichsring 10 auf das Endstück 11 des Einsteckendes 5 ein und damit auf das Außenrohr 2. Das Innenrohr 3 ist über ein hier nicht dargestelltes Gewinde mit der Schlagmuffe 15 verschraubt. Der Kopf 17 der Schlagmuffe 15 wirkt direkt auf den Ausgleichsring 10 ein, wobei die drehende Bewegung der Schlagmuffe 15 eine Beeinflussung des Ausgleichsringes 10 nicht beeinträchtigt, zumal über die Schmierbohrungen 12 in den Bereich des Ausgleichsringes 10 Schmierfett eingepresst werden kann.
Erkennbar ist der Innenkanal 20, über den das Spülmittel in Richtung hier nicht dargestellte Bohrkrone gefördert wird.
Der Kopf 17 der Schlagmuffe 15 und der Endbereich des Gehäuses 19 mit dem entsprechend gelagerte Ausgleichsring 10 werden über einen Schutzmantel 18 abgedeckt und abgesichert, der am von dem Ausgleichsring 10 abgewandten Ende 19 der Schlagmuffe 15 festgelegt ist, so dass er sich mit der Schlagmuffe 15 gemeinsam hin- und herschiebt, aber immer dafür Sorge trägt, dass insbesondere beim aktivierten Schlagbetrieb der Bereich des Ausgleichsringes 10 abgedeckt ist.
Fig. 3 zeigt einen Ausgleichsring 10 im Schnitt, wobei die Oberflächen 21, 22 auf beiden Seiten des Ausgleichsringes 10 hier gerade verlaufen. Nach den Erläuterungen in der Beschreibung sind diese Oberflächen 21, 22 vorzugsweise räumlich gekrümmt ausgebildet, um so u a. eine Selbstzentrierung der Schlagmuffe 15 beim Schlagbetrieb und eine große Oberfläche (Auflagefläche) zu erreichen.
Die Mittenbohrung 23 ist größer als der Außendurchmesser des Innenrohres 3, was anhand der Fig. 2 auch deutlich wird, so dass ein Einführen des Innenrohres erleichtert ist, gleichzeitig aber auch eine Beeinflussung des Ausgleichsringes 10 durch das Innenrohr oder umgekehrt ausgeschlossen ist.
Die Außenränder 24, 25 sind abgerundet, wie Fig. 3 verdeutlicht, wobei auch die Innenränder 26 entsprechende Abrundungen oder Abschrägungen aufweisen können.
Der Ausgleichsring 10 besteht aus entsprechend abgestimmt zähem Material, wobei die Oberflächen 21, 22 auch soweit geglättet sein können, dass zusätzlich mit oder gegebenenfalls sogar ohne Schmiermittel ein immer gleichmäßiger Betrieb der sich drehenden Schlagmuffe 15 möglich ist. Hierbei ist es durchaus denkbar, dass auch die entsprechend zugewandte Fläche der Schlagmuffe 15 geglättet ist, und auch die korrespondierende Oberfläche des Einsteckendes 5.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (15)

  1. Bohrvorrichtung mit miteinander verschraubten Außenrohren (2) und miteinander verschraubten Innenrohren (3), die über ein Drehwerk (4) bzw. ein Drehschlagwerk (7) antreibbar sind, wobei das Außenrohr (2) an ein das Drehwerk (4) beidseitig überragendes Einsteckende (5) ankoppelbar und über ein dem Innenrohr (3) zugeordnetes und mit diesem in Längsrichtung verschiebbar angeordnetes Schlagteil (8) beaufschlagbar herausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem Einsteckende (5) drehschlagwerksseitig ein Ausgleichsring (10) zugeordnet ist, der eine unter der des Materials des rohrförmigen Endstückes (11) des Einsteckendes (5) bzw. des Schlagteils (8) liegende Härte und eine dem angrenzenden Endstück (11) des Einsteckendes (5) angepaßte und auftretende Kräfte ausgleichende Form aufweist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) eine dem angrenzenden Endstück (11) des Einsteckendes (5) angepasste und auftretende Kräfte ausgleichende Oberfläche (21, 22) aufweist.
  3. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) einseitig eine räumlich gekrümmte, mit dem angrenzenden Endstück (11) des Einsteckendes (5) korrespondierende Oberfläche (21) aufweist.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) beidseitig eine räumlich gekrümmte, mit dem angrenzenden Endstück (11) des Einsteckendes (5) korrespondierende Oberfläche (21; 22) aufweist.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckende (5) von einem die Drehwerksmotoren (6) tragenden Gehäuse (9) den Ausgleichsring (10) mit einfassend ausgebildet ist.
  6. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (9) auf die gekrümmte Oberfläche (21, 22) des Ausgleichsrings (10) gerichtete Schmierbohrungen (12) vorgesehen sind.
  7. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) eine über dem Durchmesser des Innenrohrs (3) liegende Mittenbohrung (23) aufweist.
  8. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Außenränder (24, 25) des Ausgleichsringes (10) abgerundet ausgebildet sind.
  9. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Schlagteil (8) als Schlagmuffe (15) ausgebildet ist, die mit dem Einsteckende (16) des Drehschlagwerkes (7) lösbar verbunden ist.
  10. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) einen mit dem Kopf (17) der Schlagmuffe (15) bzw. dem Einsteckende (5) korrespondierenden, vorzugsweise einen größen Außendurchmesser aufweist.
  11. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagmuffe (15) zusammen mit dem Drehschlagwerk (7) in dessen Längsrichtung unabhängig vom Drehwerk (4) des Außenrohres (2) verschiebbar ausgebildet ist.
  12. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagmuffe (15) hundeknochenförmig geformt und mit einem trichterförmigen Schutzmantel (18) ausgerüstet ist, der am dem Ausgleichsring abgewandten Ende (19) festgelegt und das Gehäuse (9) im Bereich des Ausgleichsringes (10) im Abstand mit abdeckend ausgebildet ist.
  13. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) aus einem vom Material des Einsteckendes (5) und der Schlagmuffe (15) sowohl bezüglich Härte wie auch Wärmeleitfähigkeit und ähnlicher Werte abweichendem Material gefertigt ist, wobei die Zähigkeit vorzugsweise höher ist.
  14. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) aus Bronze besteht.
  15. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (10) aus Bronze besteht, die zur Verbesserung, vorzugsweise der Zähigkeit, geschmiedet ist.
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