EP4047176A1 - Erdloch- und gesteinsbohrgerät - Google Patents

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EP4047176A1
EP4047176A1 EP21157901.6A EP21157901A EP4047176A1 EP 4047176 A1 EP4047176 A1 EP 4047176A1 EP 21157901 A EP21157901 A EP 21157901A EP 4047176 A1 EP4047176 A1 EP 4047176A1
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EP
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compressed air
valve
drilling
additional
air line
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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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
    • E21B7/022—Control of the drilling operation; Hydraulic or pneumatic means for activation or operation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK 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
    • E21B21/08—Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/16—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using gaseous fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/026—Lubricant separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/10—Fluid working
    • F04C2210/1005—Air

Definitions

  • the invention relates to a drilling device, namely a ground hole and rock drilling device designed as a hammer drilling device with a drilling mast.
  • Drilling devices of this type by means of which drillings in the ground are carried out or drillings are made in rock as vertical or horizontal drillings, are usually designed as down-the-hole drilling devices or top hammer drilling devices.
  • the drilling head which comprises a rotating mechanism and a pneumatically actuated percussion mechanism, is moved along the mast of the drilling device in the direction of the borehole during the drilling process, with the compressed air exiting inside the borehole also being used to flush out removed material.
  • the hammer mechanism remains in the area of the top of the mast during the entire drilling process.
  • the invention is preferably intended for use in down-the-hole drilling devices, but without being limited to this. Rather, it can also be used in connection with top hammer drilling devices, although its advantages, due to the different design and operating principles of both types of drilling devices, become more apparent when used in down-the-hole drilling devices. This will be discussed in more detail later in connection with the presentation of the solution according to the invention.
  • the compressor that generates the compressed air for the hammer drill or the percussion mechanism - typically an oil-lubricated screw compressor - does not have to constantly work against the pressure drop that occurs during the insertion of a further segment of the drill rod and, as a result, completely unnecessarily large quantities of diesel fuel for operation of the compressor are consumed, the compressor is throttled during the lengthening of the drill pipe and a main valve inserted close to the compressor, namely at the outlet of the oil separator, in the pipe and/or hose connection to the hammer drill is closed.
  • the object of the invention is therefore to provide a solution which avoids the disadvantages described above and can thus contribute to improving work productivity when using drilling devices of the generic type.
  • a corresponding drilling device is to be described, which is suitably modified for this purpose.
  • the drilling device proposed to solve the task is a ground hole and rock drilling device designed as a hammer drilling device.
  • the main components of the drilling rig include a mobile machine carriage on wheels or chains with a compressor and a pressure vessel (hereinafter oil separator) acting as an oil separator for separating the oil contained in the generated compressed air, a drilling mast with a drilling head, a drilling mast with the machine carriage connecting Boom and at least one compressed air line formed by pipes and/or hoses, which pneumatically connects the drilling head to the oil separator of the machine car.
  • the term compressed air line is also used.
  • the drill head arranged on the drill mast transmits rotational movements and compressed air to a drill bit arranged at a free end of the drill rod via a drill rod guided on the drill rod.
  • a percussion mechanism (hammer drill) designed in the drill head with the aid of a system that can be controlled by valves and a piston calls for this by means of the compressed air, the hammer effect on the drill bit enables drilling even in very solid drilling grounds.
  • the boom belonging to the drilling device via which the drilling mast is connected to the machine carriage, is used to position the drilling mast with the drill head arranged on it for a particular drilling operation and to pivot the drilling mast.
  • the latter also refers to the possibility of arranging the drilling mast in a horizontally pivoted backwards position, i.e. aligned longitudinally to the roadway, when moving the drilling rig for a change of location, including when transporting it to the respective place of use.
  • the invention includes drilling devices in which the machine carriage is designed as an independently moving vehicle with a driver's cab, as well as those in which the machine carriage is moved in the manner of a trailer by means of a corresponding tractor, i.e. attached to it .
  • a compressor belongs to the machine carriage, also with regard to the term "machine carriage” chosen in this respect, this is typically mounted on the machine carriage itself.
  • the invention expressly also includes such forms of construction in which the compressor is mounted on an auxiliary component belonging to the machine carriage.
  • a main valve (also referred to as the main air valve) controlled by a control device is also fitted in the drilling rig according to the invention, as is usual with drilling rigs of the generic type, on the machine carriage at the outlet of the oil separator ) inserted.
  • This main valve designed as an electronic switching valve, is controlled by a control device of the drill.
  • the main valve is opened in the direction of the drill head in the case of an extension of the drill string that becomes necessary when drilling a hole and a pressure release associated therewith according to the prior art following pneumatic components closed.
  • the compressor is throttled.
  • the main valve is closed. This avoids the compressor having to permanently work against the pressure drop that occurs as a result, ie when the pneumatic paths are temporarily open due to the insertion of a further pipe section in the area of the drill head.
  • a minimum pressure valve generally designed as a non-return valve, is typically arranged between the main valve and the oil separator (pressure tank on the machine carriage), so that in the oil separator and downstream, i.e. in the direction of the drill head, there is a connection Distance to the main valve during drilling breaks, which serve, for example, to lengthen the drill pipe, a certain minimum pressure is maintained. Values between 1.2 MPa and 1.3 MPa, or between 12 bar and 13 bar, are typical for this minimum pressure, which is still well above the ambient pressure.
  • the aforementioned minimum pressure valve which among other things also prevents compressed air from flowing back into the oil separator and damaging the oil separator, is not to be considered in more detail in the further illustrations. It is not part of the invention and as such for the invention, which relates to a special modification of generic drilling devices in the area between the main valve and drill head, - subject to aspects briefly discussed later - basically not relevant.
  • At least one compressed air volume is formed in the compressed air line between the main valve and the drill head, in which volume after a pressure build-up previously carried out by means of the compressor - i.e. unless, exceptionally, a premature termination of the Pressure build-up to continue the drilling process takes place after the working pressure for the Drilling - an increased pneumatic pressure is maintained even after the main valve has been closed, in particular during an interruption of a drilling operation in order to lengthen the drill string.
  • This is achieved in that at least one additional valve is inserted into the compressed air line, which is or will already be closed when the main valve is closed and thereby pneumatically closes the at least one compressed air volume against the drill head.
  • the above-mentioned at least one additional valve (also in this regard is referred to below for the sake of simplicity as an additional valve) is therefore already closed at the moment the main valve is closed to interrupt the drilling process, or is closed within a certain time, possibly when the pressure in the above-mentioned compressed air volume falls below a minimum (volume with increased pressure maintained even if the drilling process is interrupted), closed. Further details can be found in the following statements.
  • the additional valve mentioned can be inserted in the compressed air line away from the machine carriage between the main valve and the drill head.
  • this additional valve can be closed immediately when the main valve is closed or, as already mentioned, after the pressure in the at least one compressed air volume provided according to the invention falls below a minimum level.
  • the compressed air line is blocked in the direction of the drill bit and - depending on the design of the drilling device according to the invention, possibly only in cooperation with other additional valves (more on this later) - in a section of the compressed air line located between the additional valve and the main valve Compressed air volume formed.
  • the aforementioned section of the compressed air line located between the main valve and the additional valve represents a volume (compressed air volume) in which, after the compressor has been built up beforehand Working pressure for drilling, an increased pneumatic pressure is maintained even after the main valve has been closed and the said compressed air volume has been shut off from the compressor as a result when the drilling process is interrupted.
  • the aforementioned advantage comes into play in particular in connection with an application of the invention in hammer drilling devices of the down-the-hole drilling device type.
  • the reason for this is, on the one hand, that the above-mentioned volume of compressed air, in which an increased pressure is maintained even when the drill rod is being lengthened, is greater in down-the-hole drilling devices because the compressed air line between the compressor, or the pressure tank on the machine carriage that acts as an oil separator, and the Drill head in imlochbohrello is significantly longer than in top hammer drills and also the drill pipe in imlochbohrieri typically has a larger inner diameter than in top hammer drills.
  • At least one additional valve is inserted in the compressed air line to form the section of the compressed air line in which an increased pneumatic pressure is maintained after the closing of the main valve and a typically associated throttling of the compressor and which is referred to here as compressed air volume .
  • compressed air volume an increased pneumatic pressure is maintained after the closing of the main valve and a typically associated throttling of the compressor and which is referred to here as compressed air volume .
  • at least one additional valve is arranged in the compressed air line, preferably away from the machine carriage, i.e. not on or on the machine carriage . If this additional valve is arranged away from the machine carriage, as is preferred, this does not mean, conversely, that in the case of several additional valves, these are all arranged apart from the machine carriage.
  • the additional valve arranged at the end of the boom on the drilling mast side or on the drilling mast is a non-return valve
  • this can even be arranged directly on the drill head, since non-return valves that can be opened against a spring force are comparatively robust with regard to vibrations occurring on the drill head are.
  • Such a check valve is arranged in the compressed air line in such a way that it moves the section with the compressed air volume formed in the compressed air line in the direction of the Drill head closes if the pressure falls below a specified minimum pressure due to temporarily open pneumatic paths in the area of the drill head.
  • This minimum pressure is the increased pneumatic pressure under which the compressed air volume remains even after the main valve has been closed, since the compressed air in it does not escape in the direction of the drill head through the additional valve, which is also closing.
  • the presence of an additional valve--preferably arranged on the drilling mast and designed as a non-return valve-- may be sufficient.
  • this is the case if the main valve blocks the compressed air line in both directions of flow when it is closed.
  • the arrangement of only one additional valve to create the compressed air volume provided according to the invention can also be sufficient if the main valve blocks only downstream, i.e. in the direction of flow from the oil separator on the machine carriage in the direction of the drill head, but between the main valve and the oil separator, as in many drills also provided according to the prior art, a minimum pressure valve is arranged. In this case, the minimum pressure valve prevents the air, which is under overpressure, from the compressed air volume according to the invention from flowing into the oil separator, which is designed as a pressure vessel.
  • a drilling device designed according to the invention which, as is typical for down-the-hole drilling devices, works with a working pressure of 1.6 MPa to 4 MPa (16 bar to 40 bar), the at least one, in this case preferably off the Machine carriage arranged additional valve designed as a check valve, through which a pressure between 0.6 MPa and 1.2 MPa (6 bar to 12 bar) is maintained in the compressed air volume after closing the main valve.
  • the at least one additional valve present for realizing the compressed air volume is an electronically controlled switching valve.
  • This is also preferably arranged on the drill mast, but advantageously not directly on the drill head in order to avoid damage from vibrations.
  • the at least one always present according to the invention regardless of its nature as a check valve or electronically controlled valve, is already closed or is closing after the main valve or main air valve has closed. Namely, in the case of the non-return valve, with a certain delay as soon as the pressure in the part of the compressed air line connected to the oil separator downstream of the oil separator, i.e. towards the drill head, falls below a minimum pressure determined by the selection/adjustment of the additional valve or possibly also almost simultaneously with the main valve, in the case of an electronic valve correspondingly controlled by the control device.
  • the additional valve is an electronically controllable valve
  • the drilling device preferably has two additional valves inserted in the compressed air line between the main valve and the drill head.
  • two additional valves inserted in the compressed air line between the main valve and the drill head.
  • one is arranged away from the machine carriage, at the end of the boom on the drilling mast side or on the drilling mast.
  • a second additional valve which is then an electronically switched valve, between the first additional valve and the main valve, namely near the main valve, for example also on the machine carriage or at the foot of the boom, inserted into the compressed air line.
  • the compressed air volume provided according to the invention is therefore formed in this embodiment by the section of the compressed air line located (upstream, i.e. in the direction of the oil separator) between the first additional valve and the (aforementioned) second additional valve.
  • a controller preferably also arranged on the machine carriage controls the main valve and the additional valve, which is regularly provided and is designed as an electronic switching valve and is arranged near the main valve, in such a way that the latter additional valve is activated when the main valve is opened again, for example after the pipe rods have been lengthened and started up again of the compressor, is always only opened again immediately after the main valve.
  • This also reliably prevents compressed air from flowing out of the compressed air volume in the direction of the main valve and oil separator for a short period after the main valve has reopened, regardless of the nature of the main valve and the presence of a minimum pressure valve between the main valve and the oil separator.
  • the drilling device has at least one additional pressure reservoir that can be filled with compressed air via a regulated valve and is inserted in a compressed air line of the drilling device.
  • the drill has at least two compressed air lines.
  • a first compressed air line which connects the compressor to the drill head via the main valve
  • an additional valve can (the emphasis is on can), according to the embodiments described above, be inserted and this compressed air line can be designed in such a way that if it is closed
  • Additional valve has a section representing a volume of compressed air, in which an increased pressure is maintained even when the pneumatic paths in the area of the drill bit are opened.
  • this first pressure line does not necessarily have to be designed to provide such a compressed air volume, since an (additional) volume of compressed air within the meaning of the invention is provided in any case by the above-mentioned at least one additional pressure accumulator (in the following, for the sake of simplicity, an additional pressure accumulator is used).
  • This additional pressure reservoir is connected pneumatically to the first compressed air line on the inlet side via a section of a further compressed air line and the (mentioned above) regulated valve arranged therein and on the outlet side via a second section of the said further compressed air line, which - as mentioned - is also designed to provide a volume of compressed air or neither.
  • an additional valve designed as an electronically switchable valve (preferably in the direction of the drill head immediately following the main valve or at the foot of the Boom) arranged.
  • the at least one additional valve provided according to the invention which pneumatically shuts off the at least one volume of compressed air after the closing of the main valve relative to the drill head, can be arranged in the embodiment with an additional pressure reservoir in the first compressed air line, namely after the junction of the section of a further compressed air line that connects the additional pressure reservoir on the output side to this first compressed air line be or directly in the aforementioned section connecting the additional pressure accumulator on the outlet side to the first compressed air line.
  • a compressed air volume according to the invention would be provided both by a section of the first compressed air line and (additionally) by the additional pressure reservoir.
  • the additional valve blocking the compressed air volume or volumes to maintain an increased pressure against the drill head would preferably be designed as an electronically switched valve (by the control device) which, when the drilling process is continued, together with the main valve or even directly before this is opened.
  • an additional valve is arranged both in the first compressed air line - after the junction with the section of a further compressed air line connecting the additional pressure accumulator on the output side and in the aforementioned section of the further compressed air line.
  • the additional valve arranged in the first compressed air line could also be designed as a check valve, whereas the additional valve arranged in the section of the further compressed air line connecting the additional pressure accumulator on the output side to the first compressed air line is an electronically switched valve.
  • the compressed air in the compressed air volume of the first compressed air line can, if desired, be used after the completion of a bore (not when the work is complete, but to move the drilling device to a nearby drilling site) by opening the, in this case first additional valve, also designed as a switching valve, to blow dirt off the drill bit.
  • this is filled with compressed air within a certain period of time after the start of drilling or the continuation of the drilling process after the drill rods have been lengthened, i.e. after the working pressure has been applied to the drill head after the main valve has been opened.
  • This is accomplished by means of the regulated valve that has already been mentioned several times.
  • This valve which is set and regulated accordingly, ensures that after the working pressure has been reached and the drilling starts again, part of the compressed air flow generated by the compressor (e.g. approx. 10%) is fed to the additional pressure accumulator (until it is full). Filling with compressed air) is supplied.
  • the working capacity of a corresponding hammer drill for example, it is negligible if 3 m 3 /min of the compressed air generated by the compressor at perhaps 30 m 3 /min is fed to an additional pressure accumulator with a volume of 100 l for a short period of time.
  • the second additional valve regularly provided in the compressed air line in this embodiment prevents high-pressure compressed air from flowing back from the additional pressure reservoir in the direction of the oil separator when the compressor is throttled and the main valve is closed.
  • an additional pressure accumulator which has a volume for accommodating 100 l of compressed air or more should be useful.
  • the two additional valves that form the compressed air volume in the compressed air line between them are designed as electronically switched valves, with such a design, a pressure can be maintained in the compressed air volume and the additional pressure reservoir for the duration, for example, of the lengthening of the drill rods, which approximately corresponds to the working pressure during drilling.
  • an additional pressure reservoir preferably under a pressure close to the working pressure, it is achieved that when the main valve is opened again, the working pressure is basically available again at the drill head without any noticeable delay, i.e. to a certain extent immediately.
  • the auxiliary accumulator can be physically located at almost any location on the drilling rig. Only its pneumatic connection to the first compressed air line and, via this, to the drill head is decisive in this respect.
  • the additional pressure reservoir has a volume of significantly greater than 100 l, i.e. up to 400 l, for example, to stabilize the entire drilling rig even in phases of a relocation of the drilling rig and a movement of the drilling rig associated therewith, directly on or to be placed on the machine carriage.
  • the drilling device according to the invention is preferably further developed in that at least one additional relief valve (neither shown nor explicitly mentioned in the following exemplary embodiments) is provided (downstream) in front of the additional valve that pneumatically shuts off a respective volume of compressed air against the drill head, by means of which it is made possible , to vent the compressed air volume or volumes completely when the drilling work is completed.
  • at least one additional relief valve (neither shown nor explicitly mentioned in the following exemplary embodiments) is provided (downstream) in front of the additional valve that pneumatically shuts off a respective volume of compressed air against the drill head, by means of which it is made possible , to vent the compressed air volume or volumes completely when the drilling work is completed.
  • the 1 shows a possible embodiment of the drilling device according to the invention in an isometric representation.
  • this is always a highly simplified schematic representation. This also applies in particular to the valves 7, 9, 11, 13, 14 shown as symbols and to the compressed air line(s) 8 (10) and their course.
  • a control device which is arranged on the machine carriage 1 and which, among other things, controls the main valve 7 and, if appropriate, additional valves 9, 11, 14 designed as electronically controlled valves, has not been shown.
  • this corresponds to the 1 drill shown generic hammer drills, as they are already known from the prior art.
  • the example shown is a down-the-hole drilling device. This has a machine carriage 1, a drilling mast 3 with the drill head 6 guided thereon and a boom 2 connecting the drilling mast 3 to the machine carriage 1 and serving to position the drilling mast 3 with the drilling head 6 .
  • the machine carriage 1 shown in outline i.e. in a schematic representation, which in the example shown is a machine carriage 1 that can be moved on chains (either self-propelled with a driver’s cab, not shown, or designed as a trailer), the is for generating the for the hammer drill required compressed air serving, typically diesel-powered, oil-lubricated compressor 4 arranged. Since the compressor 4 works with oil lubrication, even the finest oil droplets unintentionally get into the compressed air it generates. These are largely completely removed from the compressed air again by means of an oil separator 5 arranged downstream of the compressor 4 and designed as a pressure vessel, in order to prevent the environment from being contaminated with the oil via escaping compressed air. Relative to the pneumatic path downstream, ie in the direction from the compressor 4 to the drilling head 6, the main valve 7 is arranged downstream of the oil separator 5.
  • the main valve 7 is arranged downstream of the oil separator 5.
  • a rotary movement and compressed air are transmitted via a drill rod (not shown) to a drill bit (likewise not shown) arranged at the end of this drill rod.
  • a drill rod not shown
  • a drill bit likewise not shown
  • the main valve 7 is closed and the compressor 4 is throttled.
  • connections of the compressed air-carrying parts which are necessarily located in this area are opened, with the compressed air escaping from them.
  • the period of time required to build up the full working pressure at the drill head 6 can now be significantly reduced.
  • This is achieved by the additional valve 9 inserted on the drilling mast 3 in the compressed air line 8 between the oil separator (5) and the drilling head 3 .
  • This is, for example, a check valve or, like the main valve 7, by a (in the drawing, as said, not shown) control device of the machine carriage 1 controlled electronic valve.
  • the additional valve 9 is a non-return valve, it closes the compressed air line 8 to the drill head 6 as soon as the air pressure in a section between the main valve 7 and this additional valve 9 falls below 1.2 MPa, for example, as a result of the lengthening of the pipe rod.
  • a compressed air volume is built up with the help of the additional valve 9, in which, despite the closing of the main valve 7 and the throttling of the compressor 4, an increased pressure (according to the aforementioned example of about 1 2 MPa) is maintained.
  • Maintaining this increased pressure in said section 8' of the compressed air line 8 then leads to a significant reduction in the pressure required to provide the full working pressure (typically 1.6 MPa to 4 MPa for down-the-hole drilling devices) when the compressor 4 is started up again and the main valve 7 is opened Time.
  • the additional valve 9 is also on the drilling mast 3, but in this case, more precisely, is arranged directly on the drilling head 6. In this way, a maximum volume is realized for the compressed air volume, as the section 8' of the compressed air line 8, in which an increased pressure is maintained even after the closing of the main valve 7. It is understandable for a person skilled in the art that the time within which the working pressure is again present at the drill head 6 after the main valve 7 has reopened is all the more significantly shortened the greater the pressure provided according to the invention in the compressed air line 8 is to a certain extent acting as a pressure accumulator volume of compressed air.
  • the additional valve 9 is preferably a non-return valve which, in comparison to electronic switching valves, is more robust against vibrations caused on the drill head 6 by the percussion mechanism.
  • the drill is supplemented by a further additional valve 11 inserted into the compressed air line.
  • This second additional valve 11 which is an electronically switched valve, prevents the compressed air in the compressed air volume created according to the invention from flowing back in the direction of the oil separator 5 (pressure tank) via the main valve, which in this embodiment does not block compressed air in this direction (upstream). 7, also independent of the possible presence of a minimum pressure valve.
  • the main valve 7 and the second additional valve 11 present in this embodiment are actuated by the control device (not shown) in such a way that the second additional valve 11 in connection with a reopening of the main valve 7 always opens immediately after this.
  • the first attachment 9 is also arranged directly on the drill head 6 .
  • a first compressed air volume present according to the invention is formed in a section 8' between the additional valve 9 and the electronically switched additional valve 11 in the compressed air line 8 running from the main valve 7 and to the drill head 6 and, moreover, through sections 10' and 10" of a pressure line 10 additional pressure reservoir 12 connected to the compressed air line 8.
  • the additional pressure reservoir 12 is preferably used from the point at which the drilling process is resumed after the working pressure has been reached again, by branching off a part of the volume flow of the compressed air moving between the compressor 4 and the drill head 6 via a to it in the Section 10′ of the compressed air line 10 is filled with compressed air Figures 1 to 3 existing compressed air line, regularly referred to as the first compressed air line in the preceding illustrations, into which the compressed air line 10, regularly referred to as the further compressed air line for differentiation purposes, opens out with its section 10" on the output side of the additional pressure accumulator 12.
  • the compressed air stored in it can be made available by the additional pressure accumulator 12 very quickly at the moment when the main valve 7 reopens after the drill rod has been lengthened and the associated opening of the pressure paths on the drill head 6 via the compressed air volume by opening the previously closed, electronically switched additional valve 14 and thus shorten the time until full working pressure is applied to the drill head 6.
  • the additional valve 14 provided makes it possible to have an increased pressure of, for example, 1 To maintain 2 MPa and at the same time to store standing compressed air in the additional pressure reservoir under a significantly higher pressure, preferably approximately corresponding to the working pressure.
  • the compressed air stored in the compressed air volume of section 8' by means of the additional valve 9 designed, for example, as a non-return valve can be used, for example, to blow the drill bit free of contamination before beginning a new bore.
  • the additional pressure reservoir 12 can also be designed and arranged in such a way, to avoid longer lines running parallel to the actual compressed air line 8, that sections 10', 10" for connecting the additional pressure reservoir 12 to the compressed air line 8 for the compressed air supplied to it on the one hand via the regulated valve 13 and for which, on the other hand, the compressed air escaping from it via the additional valve 14 for the shortened reconstruction of the working pressure for the continuation of a drilling process are fed into or out on the same side into a container forming the additional pressure accumulator 12.
  • the compressed air line 10, i.e. their sections 10′ and 10′′ could also be shortened to such an extent that they are hardly perceptible as such from the outside.
  • additional pressure accumulator 12 can also be spatially arranged on the machine carriage 1. This is particularly important for reasons of stability large additional pressure accumulators 12 with a volume of significantly more than 100 L.
  • the drilling device can also be equipped with several additional pressure accumulators 12.
  • a variant of the training form according to the 4 which also has an additional accumulator 12 is in the figure 5 shown.
  • an electronically switched additional valve 14 in section 10 "of the (further) compressed air line 10 is arranged. Accordingly, here, deviating from the embodiment according to the 4 , A compressed air volume according to the invention only provided by the additional pressure reservoir 12, but not in the (first) compressed air line 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hammerbohrgerät, welches einen Maschinenwagen (1) mit einem Kompressor (4) und mit einem Ölabscheider (5), einen Bohrmast (3) mit einem Bohrkopf (6), einen Ausleger (2) zur Verbindung des Bohrmastes (3) mit dem Maschinenwagen (1) sowie zur Positionierung des Bohrmastes (3) und eine Druckluftleitung (8, 10) umfasst, in die auf dem Maschinenwagen (1), am Ausgang des Ölabscheiders (5), ein gesteuertes Hauptventil (7) eingefügt ist, das im geschlossenen Zustand den Druckluftstrom stromabwärts sperrt. In der Druckluftleitung (8, 10) ist zwischen dem Hauptventil (7) und dem Bohrkopf (6) mindestens ein Druckluftvolumen ausgebildet, in welchem auch nach einem Schließen des Hauptventils (7) und gegebenenfalls Drosseln des Kompressors (4), während einer Unterbrechung eines Bohrvorgangs, ein erhöhter pneumatischer Druck aufrechterhalten bleibt, wofür in die mindestens eine Druckluftleitung (8, 10) mindestens ein Zusatzventil (9, 14) eingefügt ist, welches das mindestens eine Druckluftvolumen beim Schließen des Hauptventils (7) gegen den Bohrkopf (6) pneumatisch verschließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät, nämlich ein als Hammerbohrgerät ausgebildetes Erdloch- und Gesteinsbohrgerät mit einem Bohrmast. Derartige Bohrgeräte, mittels derer Erdbohrungen ausgeführt oder Bohrungen in Gestein als Vertikal- oder Horizontalbohrungen eingebracht werden, sind üblicherweise als Imlochbohrgeräte oder Tophammerbohrgeräte ausgeführt.
  • Bei den Imlochbohrgeräten wird der ein Drehwerk und einen pneumatisch betätigtes Schlagwerk umfassende Bohrkopf während des Bohrvorgangs an dem Mast des Bohrgeräts entlang in Richtung des Bohrlochs verfahren, wobei außerdem die innerhalb des Bohrlochs austretende Druckluft zum Ausspülen abgetragenen Materials genutzt wird. Bei Tophammerbohrgeräten verbleibt dagegen das Schlagwerk während des gesamten Bohrvorgangs im Bereich der Mastspitze. Die Erfindung ist vorzugsweise für den Einsatz bei Imlochbohrgeräten vorgesehen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Sie kann vielmehr auch im Zusammenhang mit Tophammerbohrgeräten eingesetzt werden, wobei jedoch ihre Vorteile, bedingt durch die unterschiedlichen Konstruktions- und Wirkprinzipien beider Arten von Bohrgeräten, beim Einsatz in Imlochbohrgeräten deutlicher zutage treten. Hierauf soll später, im Zusammenhang mit der Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung, nochmals etwas genauer eingegangen werden.
  • Sowohl bei Imlochbohrgeräten als auch bei Tophammerbohrgeräten ist es im Zuge des Voranschreitens des Bohrprozesses und im Zusammenhang mit dem Tieferwerden des erzeugten Bohrlochs erforderlich, das Bohrgestänge durch Einfügen jeweils eines weiteren Segments in den Bohrstrang wiederholt zu verlängern, um die Bohrung weiter vorantreiben zu können. Beim Einfügen eines solchen weiteren Segments und dem dazu erforderlichen Entkoppeln einer Verbindungsstelle zwischen den Segmenten des den Bohrkopf mit der Bohrkrone verbindenden Bohrgestänges oder zwischen dem Bohrkopf und dem ersten Segment entweicht die im Bohrstrang anstehende Druckluft.
  • Damit der die Druckluft für den Bohrhammer, respektive das Schlagwerk, erzeugende Kompressor - typischerweise ein ölgeschmierter Schraubenkompressor - hierbei, also während des Einfügens eines weiteren Segments des Bohrgestänges, nicht permanent gegen den dabei eintretenden Druckabfall anarbeiten muss und infolgedessen völlig unnötigerweise große Mengen Dieselkraftstoffs zum Betreiben des Kompressors verbraucht werden, werden während der Verlängerung des Bohrgestänges der Kompressor gedrosselt und ein nahe des Kompressors, nämlich am Ausgang des Ölabscheiders, in die Rohr- und/oder Schlauchverbindung zum Bohrhammer eingefügtes Hauptventil geschlossen.
  • Die zuvor beschriebenen Vorgänge bedingen aber, dass nach einer Verlängerung des Bohrgestänges eine gewisse Zeitspanne vergeht, bis der für das Bohren eingesetzte pneumatische Arbeitsdruck, welcher bei Imlochbohrgeräten üblicherweise 1,6 MPa bis 4 MPa beträgt, in der Rohr- und/oder Schlauchverbindung wieder aufgebaut ist und am Bohrhammer, respektive am Schlagwerk, wieder ansteht. Ausgehend von den Verhältnissen bei den hier im Fokus stehenden, den Anwendungsbereich der Erfindung jedoch - wie bereits ausgeführt - nicht beschränkenden Imlochbohrgeräten beträgt diese Zeitdauer etwa 20 bis 30 Sekunden.
  • Vor dem Hintergrund, dass bei einem Bohrgrund mit durchschnittlicher Härte der Boden- und Gesteinsformationen zur Erzeugung tieferer Bohrlöcher etwa alle 5 bis 10 Minuten das Bohrgestänge zu verlängern ist, summiert sich die vorgenannte Zeitspanne schnell auf. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie vielfach üblich, im Bereich eines bearbeiteten Gebiets eine Mehrzahl entsprechender Bohrungen in den Bohrgrund eingebracht wird. Bezogen auf einen kompletten Arbeitstag ergeben sich hierbei in Summe Zeiträume für den jeweiligen Wiederaufbau des erforderlichen Arbeitsdrucks, welche nicht mehr vernachlässigbar sind. Dies führt letztlich zu einer durchaus messbaren Beeinträchtigung der Arbeitsproduktivität.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung bereitzustellen, welche die zuvor dargestellten Nachteile vermeidet und so zur Verbesserung der Arbeitsproduktivität beim Einsatz gattungsgemäßer Bohrgeräte beitragen kann. Hierzu ist ein entsprechendes Bohrgerät zu beschreiben, welches dazu in geeigneter Weise modifiziert ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen dieses Bohrgeräts sind durch die Unteransprüche gegeben.
  • Bei dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Bohrgerät handelt es sich um ein als Hammerbohrgerät ausgebildetes Erdloch- und Gesteinsbohrgerät. Das Bohrgerät umfasst als wesentliche Komponenten einen auf Rädern oder Ketten beweglichen Maschinenwagen mit einem Kompressor und mit einem als Ölabscheider zum Abscheiden in der erzeugten Druckluft enthaltenen Öls fungierenden Druckbehälter (im Weiteren Ölabscheider), einen Bohrmast mit einem Bohrkopf, einen den Bohrmast mit dem Maschinenwagen verbindenden Ausleger sowie mindestens eine durch Rohre und/oder Schläuche ausgebildete Druckluftleitung, welche den Bohrkopf pneumatisch mit dem Ölabscheider des Maschinenwagens verbindet. Nachfolgend wird im Zusammenhang mit dieser mindestens einen Druckluftleitung, sprachlich vereinfachend, auch von der Druckluftleitung gesprochen. Unter welchen Umständen bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät eine oder auch mehrere Druckluftleitungen vorhanden ist/sind, wird für den Fachmann sicherlich anhand der nachstehenden Darstellungen, insbesondere aber im Zusammenhang mit den unter Verweis auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen deutlich werden.
  • Durch den an dem Bohrmast angeordneten Bohrkopf werden, wie grundsätzlich bekannt, über ein an dem Bohrmast geführtes Bohrgestänge Drehbewegungen und Druckluft auf eine an einem freien Ende des Bohrgestänges angeordnete Bohrkrone übertragen. Ein in dem Bohrkopf mithilfe eines Systems steuerbarer Ventile und eines Kolbens ausgebildetes Schlagwerk (Bohrhammer) ruft hierbei mittels der Druckluft die das Bohren auch in sehr festen Bohrgründen ermöglichende Hammerwirkung an der Bohrkrone hervor. Der zum Bohrgerät gehörende Ausleger, über welchen der Bohrmast mit dem Maschinenwagen verbunden ist, dient der Positionierung des Bohrmastes mit dem daran angeordneten Bohrkopf für einen jeweiligen Bohreinsatz und dem Verschwenken des Bohrmastes. Letzteres bezieht sich auch auf die Möglichkeit einer Anordnung des Bohrmastes in einer horizontal nach hinten geschwenkten, das heißt längs zur Fahrbahn ausgerichteten Lage bei der Bewegung des Bohrgeräts für einen Standortwechsel, so unter anderem auch bei seiner Verbringung zum jeweiligen Einsatzort.
  • Von der Erfindung umfasst sind insoweit sowohl Bohrgeräte, bei denen der Maschinenwagen als ein eigenständig bewegliches Fahrzeug mit einem Führerstand ausgebildet ist, als auch solche, bei denen der Maschinenwagen in der Art eines Anhängers mittels einer entsprechenden Zugmaschine, das heißt an diese angehängt, bewegt wird. Soweit dabei vorstehend ausgeführt wurde, dass zu dem Maschinenwagen, auch im Hinblick auf die insoweit gewählte Bezeichnung "Maschinenwagen", ein Kompressor gehört, ist dieser typischerweise auf dem Maschinenwagen selbst montiert. Von der Erfindung umfasst sind ausdrücklich aber auch solche Ausbildungsformen, bei denen der Kompressor auf einer zum Maschinenwagen gehörenden Beistellkomponente montiert ist.
  • In die den Bohrkopf mit dem Kompressor pneumatisch verbindende Druckluftleitung (Rohr- und/oder Schlauchverbindung) ist auch bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät, wie bei gattungsgemäßen Bohrgeräten üblich, auf dem Maschinenwagen, am Ausgang des Ölabscheiders ein von einer Steuereinrichtung gesteuertes Hauptventil (auch als Hauptluftventil bezeichnet) eingefügt. Dieses als elektronisches Schaltventil ausgebildete Hauptventil wird mittels einer Steuereinrichtung des Bohrgerätes gesteuert. Wie bereits aus der Praxis bekannt, wird das Hauptventil im Falle einer bei der Ausführung einer Bohrung notwendig werdenden Verlängerung des Bohrgestänges und einer nach dem Stand der Technik damit verbundenen Druckfreimachung der dem Hauptventil in Richtung des Bohrkopfes folgenden pneumatischen Komponenten geschlossen. Gleichzeitig wird der Kompressor gedrosselt. Oder, andersherum ausgedrückt, mit einer Drosselung des Kompressors zum Zwecke der Verlängerung des Bohrgestänges geht eine Schließung des Hauptventils einher. Hierdurch wird vermieden, dass der Kompressor währenddessen, das heißt bei aufgrund des Einfügens eines weiteren Rohrabschnitts im Bereich des Bohrkopfs vorübergehend offenen pneumatischen Wegen, permanent gegen den sich dadurch einstellenden Druckabfall anarbeiten muss.
  • Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass typischerweise zwischen dem Hauptventil und dem Ölabscheider (Druckbehälter auf dem Maschinenwagen) noch ein im Allgemeinen als Rückschlagventil ausgestaltetes Mindestdruckventil angeordnet ist, so dass in dem Ölabscheider und der sich stromabwärts, das heißt Richtung Bohrkopf, anschließenden Strecke bis zum Hauptventil während Bohrpausen, welche zum Beispiel der Verlängerung des Bohrgestänges dienen, ein gewisser Mindestdruck erhalten bleibt. Typisch für diesen immer noch deutlich über dem Umgebungsdruck liegenden Mindestdruck sind Werte zwischen 1,2 MPa und 1,3 MPa, respektive zwischen 12 bar und 13 bar. Das vorgenannte Mindestdruckventil, welches unter anderem auch ein zur Beschädigung des Ölabscheiders führendes Zurückströmen von Druckluft in den Ölabscheider verhindert, soll jedoch in den weiteren Darstellungen nicht genauer betrachtet werden. Es ist nicht Bestandteil der Erfindung und als solches für die Erfindung, welche sich auf eine spezielle Modifizierung gattungsgemäßer Bohrgeräte im Bereich zwischen Hauptventil und Bohrkopf bezieht, - vorbehaltlich später kurz angesprochener Aspekte - im Grunde nicht relevant.
  • Bei dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Bohrgerät ist abweichend vom Stand der Technik in der Druckluftleitung zwischen dem Hauptventil und dem Bohrkopf mindestens ein Druckluftvolumen ausgebildet ist, in welchem nach einem zuvor mittels des Kompressors erfolgten Druckaufbau - das heißt, sofern nicht ausnahmsweise ein vorzeitiger Abbruch des Druckaufbaus zur Fortsetzung des Bohrvorgangs erfolgt, nach dem Aufbau des Arbeitsdruckes für das Bohren - auch nach einem Schließen des Hauptventils, wie insbesondere während einer Unterbrechung eines Bohrvorgangs zur Verlängerung des Bohrgestänges, ein erhöhter pneumatischer Druck aufrechterhalten erhalten bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass in die Druckluftleitung mindestens ein Zusatzventil eingefügt ist, welches beim Schließen des Hauptventils bereits geschlossen ist oder wird und hierdurch das mindestens eine Druckluftvolumen gegen den Bohrkopf pneumatisch verschließt. Das vorgenannte mindestens eine Zusatzventil (auch diesbezüglich wird nachfolgend vereinfachend von einem Zusatzventil gesprochen) ist also im Moment eines zur Unterbrechung des Bohrvorgangs erfolgenden Schließens des Hauptventils bereits geschlossen oder wird innerhalb einer gewissen Zeit, gegebenenfalls beim Unterschreiten eines Mindestdrucks in dem vorgenannten Druckluftvolumen (Volumen mit auch bei Unterbrechung des Bohrvorgangs aufrechterhaltenem erhöhten Druck), geschlossen. Nähere Einzelheiten dazu sind den nachfolgenden Ausführungen zu entnehmen.
  • Das angesprochene Zusatzventil kann, entsprechend einer möglichen, nachfolgend als erstes betrachteten Ausbildungsform der Erfindung, abseits des Maschinenwagens zwischen dem Hauptventil und dem Bohrkopf in die Druckluftleitung eingefügt sein. Hierbei kann dieses Zusatzventil in Abhängigkeit von seiner Art unmittelbar mit dem Schließen des Hauptventils oder, wie bereits erwähnt, nach dem Unterschreiten eines Mindestdrucks in dem erfindungsgemäß vorgesehenen mindestens einen Druckluftvolumen geschlossen werden. Durch das Schließen dieses Zusatzventils wird jedenfalls die Druckluftleitung in Richtung der Bohrkrone gesperrt und -je nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bohrgeräts gegebenenfalls auch nur im Zusammenwirken mit weiteren Zusatzventilen (näheres dazu später) - in einem zwischen dem Zusatzventil und dem Hauptventil befindlichen Abschnitt der Druckluftleitung das besagte Druckluftvolumen ausgebildet.
  • Das heißt der vorgenannte, sich zwischen dem Hauptventil und dem Zusatzventil befindende Abschnitt der Druckluftleitung, stellt ein Volumen (Druckluftvolumen) dar, in welchem nach einem zuvor mittels des Kompressors erfolgten Aufbau des Arbeitsdrucks für das Bohren, auch nach dem Schließen des Hauptventils und einer damit verbundenen Absperrung des besagten Druckluftvolumens gegen den Kompressor bei einer Unterbrechung des Bohrvorgangs, ein erhöhter pneumatischer Druck aufrechterhalten bleibt. Hierdurch ergibt sich der erfindungsgemäß angestrebte Vorteil, dass nach dem Verlängern des Bohrgestänges und beim sich anschließenden Wiederhochfahren des Kompressors bei gleichzeitiger Öffnung des Hauptventils der sich normalerweise vergleichsweise langsam wieder aufbauende Arbeitsdruck deutlich schneller wieder am Bohrkopf ansteht.
  • Der vorgenannte Vorteil kommt insbesondere im Zusammenhang mit einer Anwendung der Erfindung bei Hammerbohrgeräten vom Typ Imlochbohrgerät zum Tragen. Grund dafür ist es zum einen, dass das vorgenannte Druckluftvolumen, in welchem auch während einer Verlängerung des Bohrgestänges ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird, bei Imlochbohrgeräten größer ist, weil die Druckluftleitung zwischen dem Kompressor, respektive dem als Ölabscheider fungierenden Druckbehälter auf dem Maschinenwagen, und dem Bohrkopf bei Imlochbohrgeräten deutlich länger ist als bei Tophammerbohrgeräten und außerdem das Bohrgestänge bei Imlochbohrgeräten typischerweise einen größeren Innendurchmesser aufweist als bei Tophammerbohrgeräten.
  • Ein weiterer Grund besteht darin, dass bei Imlochbohrgeräten gegenüber Tophammerbohrgeräten mit einem höheren Arbeitsdruck während des Bohrvorgangs gearbeitet wird. Dadurch wirkt sich bei Imlochbohrgeräten das nach dem Stand der Technik übliche Abblasen des Drucks aus den dem Hauptventil in Richtung Bohrkopf folgenden Abschnitten der Druckluftleitung deutlich stärker, das heißt nachteiliger aus. Im Umkehrschluss heißt dies aber, dass der Einsatz der Erfindung bei Bohrgeräten dieser Art einen besonders großen Vorteil mit sich bringt, da auch der bei ihnen zum Einsatz gelangende höhere Arbeitsdruck sehr schnell, das heißt nur mit sehr geringer Verzögerung, nach dem Öffnen/Wiederöffnen des Hauptventils wieder am Bohrkopf ansteht.
  • Wie zuvor erläutert, ist zur Ausbildung des Abschnitts der Druckluftleitung, in welchem nach dem Schließen des Hauptventils und einer typischerweise damit verbundenen Drosselung des Kompressors ein erhöhter pneumatischer Druck aufrechterhalten wird und welcher hier sprachlich verkürzend als Druckluftvolumen bezeichnet wird, mindestens ein Zusatzventil in die Druckluftleitung eingefügt. Insoweit mögliche Ausbildungsformen, welche gegebenenfalls auch mehr als ein Zusatzventil aufweisen, sollen nachfolgend noch genauer besprochen werden. Klarstellend sei an dieser Stelle angemerkt, dass unabhängig von der Anzahl der gemäß einzelner, nachfolgen vorgestellter Ausbildungsformen der Erfindung vorgesehenen Zusatzventile (eines oder mehrere) jedenfalls ein Zusatzventil, vorzugsweise abseits des Maschinenwagens, also nicht am oder auf dem Maschinenwagen, in der Druckluftleitung angeordnet ist. Sofern dieses Zusatzventil, wie bevorzugt, abseits des Maschinenwagens angeordnet ist, bedeutet diese aber im Umkehrschluss nicht, dass im Falle mehrerer Zusatzventile diese alle abseits des Maschinenwagens angeordnet sind.
  • Soweit tatsächlich nur ein Zusatzventil in die Druckluftleitung zwischen Hauptventil und Bohrkopf eingefügt ist, ist dieses gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung am bohrmastseitigen Ende des Auslegers oder an dem Bohrmast selbst - im letztgenannten Fall vorzugsweise zumindest in der Nähe des Bohrkopfes - angeordnet. Hierdurch wird aufgrund des großen Abstands zwischen Hauptventil und Zusatzventil ein besonders großes Druckluftvolumen ausgebildet, was sich begünstigend auf die Verkürzung der Zeitdauer auswirkt, innerhalb welcher nach dem Wiederöffnen des Hauptventils der Arbeitsdruck am Bohrkopf ansteht.
  • Im Falle dessen, dass es sich bei dem am bohrmastseitigen Ende des Auslegers oder am Bohrmast angeordneten Zusatzventil um ein Rückschlagventil handelt, kann dieses sogar unmittelbar an dem Bohrkopf angeordnet sein, da gegen eine Federkraft zu öffnende Rückschlagventile in Bezug auf am Bohrkopf auftretende Erschütterungen vergleichsweise robust sind. Ein solches Rückschlagventil ist dabei in der Weise in die Druckluftleitung eingeordnet, dass es den Abschnitt mit dem in der Druckluftleitung ausgebildeten Druckluftvolumen in Richtung des Bohrkopfes verschließt, sofern der Druck, aufgrund vorübergehend offener pneumatische Wege im Bereich des Bohrkopfes, einen festgelegten Mindestdruck unterschreitet. Dieser Mindestdruck ist der erhöhte pneumatische Druck, unter dem das Druckluftvolumen auch nach dem Schließen des Hauptventils verbleibt, da die sich darin befindende Druckluft durch das sich ebenfalls schließende Zusatzventil nicht in Richtung des Bohrkopfes entweicht.
  • Bei einer einfachen möglichen Ausbildungsform der Erfindung kann das Vorhandensein eines Zusatzventils - vorzugsweise angeordnet am Bohrmast und ausgebildet als Rückschlagventil - ausreichend sein. Dies ist jedenfalls der Fall, sofern das Hauptventil die Druckluftleitung im geschlossenen Zustand in beide Strömungsrichtungen sperrt. Die Anordnung nur eines Zusatzventils unter Schaffung des erfindungsgemäß vorgesehenen Druckluftvolumens kann aber auch dann ausreichend sein, wenn zwar das Hauptventil nur stromabwärts, also in der Strömungsrichtung vom Ölabscheider am Maschinenwagen in Richtung des Bohrkopfes, sperrt, aber zwischen dem Hauptventil und dem Ölabscheider, wie bei vielen Bohrgeräten auch nach dem Stand der Technik vorgesehen, ein Mindestdruckventil angeordnet ist. Hierbei verhindert das Mindestdruckventil ein Einströmen der unter Überdruck stehenden Luft aus dem erfindungsgemäßen Druckluftvolumen in den als Druckbehälter ausgebildeten Ölabscheider.
  • Ein solches Rückströmen von Druckluft muss verhindert werden, um den Ölabscheider nicht zu beschädigen beziehungsweise um dessen Funktion, in der Druckluft enthaltenes Öl auszufiltern, respektive abzuscheiden, aufrechtzuerhalten. Gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform eines entsprechend der Erfindung gestalteten Bohrgeräts, welches, wie beispielsweise für Imlochbohrgeräte typisch, mit einem Arbeitsdruck von 1,6 MPa bis 4 MPa (16 bar bis 40 bar) arbeitet, ist das mindestens eine, in diesem Falle vorzugsweise abseits des Maschinenwagens angeordnete Zusatzventil als ein Rückschlagventil ausgebildet, durch welches in dem Druckluftvolumen nach dem Schließen des Hauptventils ein Druck zwischen 0,6 MPa und 1,2 MPa (6 bar bis 12 bar) aufrechterhalten wird.
  • Entsprechend einer anderen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Bohrgeräts handelt es sich bei dem mindestens einen zur Realisierung des Druckluftvolumens vorhandenen Zusatzventil um ein elektronisch gesteuertes Schaltventil. Auch dieses ist vorzugsweise am Bohrmast angeordnet, allerdings zur Vermeidung von Beschädigungen durch Erschütterungen vorteilhafterweise nicht unmittelbar an dem Bohrkopf. Festzuhalten bleibt in jedem Falle, dass das mindestens eine, gemäß der Erfindung stets vorhandene unabhängig von seiner Beschaffenheit als Rückschlagventil oder elektronisch gesteuertes Ventil, nach dem Schleißen des Hauptventils, respektive Hauptluftventils, bereits geschlossen ist oder schließt. Und zwar, im Fall des Rückschlagventils, mit einer gewissen Verzögerung, sobald der Druck in dem sich stromabwärts vom Ölabscheider, das heißt in Richtung des Bohrkopfes, an den Ölabscheider anschließenden Teil der Druckluftleitung, unter einen durch die Auswahl/Einstellung des Zusatzventils bestimmten Mindestdruck fällt oder eventuell auch nahezu gleichzeitig mit dem Hauptventil, im Fall eines entsprechend durch die Steuereinrichtung angesteuerten elektronischen Ventils.
  • Im letztgenannten Fall (bei dem Zusatzventil handelt es sich um ein elektronisch steuerbares Ventil) kann gegebenenfalls in dem Druckluftvolumen - bei entsprechender Beschaffenheit der stromaufwärts, das heißt weiter in Richtung des Ölabscheiders beziehungsweise in dessen Bereich angeordneter Komponenten (ein auch stromaufwärts sperrendes Hauptventil oder ein erhöhtem Druck standhaltendes Mindestdruckventil zwischen Ölabscheider und Hauptventil) - auch ein erhöhter, sich nahe dem Arbeitsdruck bewegender Druck aufrechterhalten werden.
  • Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Bohrgerät zwei zwischen dem Hauptventil und dem Bohrkopf in die Druckluftleitung eingefügte Zusatzventile auf. Hierbei ist eines, wie bereits ausgeführt, abseits des Maschinenwagens, als am bohrmastseitigen Ende des Auslegers oder am Bohrmast, angeordnet. Darüber hinaus ist ein zweites Zusatzventil, bei dem es sich dann um ein elektronisch geschaltetes Ventil handelt, zwischen dem ersten Zusatzventil und dem Hauptventil, nämlich nahe dem Hauptventil, beispielsweise ebenfalls am Maschinenwagen oder am Fuß des Auslegers, in die Druckluftleitung eingefügt. Das erfindungsgemäß vorgesehene Druckluftvolumen ist demnach bei dieser Ausbildungsform durch den sich (stromaufwärts, d. h in Richtung des Ölabscheider, betrachtet) zwischen dem ersten Zusatzventil und dem (vorgenannten) zweiten Zusatzventil befindenden Abschnitt der Druckluftleitung ausgebildet.
  • Durch eine vorzugsweise ebenfalls am Maschinenwagen angeordnete Steuerung werden bei der letztgenannten Ausbildungsform das Hauptventil und das regelmäßig vorgesehene, als elektronisches Schaltventil ausgebildete, nahe dem Hauptventil angeordnete Zusatzventil derart angesteuert, dass das letztgenannte Zusatzventil beim Wiederöffnen des Hauptventils, beispielsweise nach erfolgter Verlängerung des Rohrgestänges und Wiederhochfahren des Kompressors, stets erst unmittelbar nach dem Hauptventil wieder geöffnet wird. Hierdurch wird auch unabhängig von der Beschaffenheit des Hauptventils und vom Vorhandensein eines Mindestdruckventils zwischen dem Hauptventil und dem Ölabscheider zuverlässig verhindert, dass nach dem Wiederöffnen des Hauptventils möglicherweise zunächst während eines kurzen Zeitraums Druckluft aus dem Druckluftvolumen in Richtung Hauptventil und Ölabscheider strömt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung weist das Bohrgerät mindestens einen über ein geregeltes Ventil mit Druckluft befüllbaren, in eine Druckluftleitung des Bohrgeräts eingefügten Zusatzdruckspeicher auf. Das Bohrgerät verfügt hierbei über mindestens zwei Druckluftleitungen. In eine erste Druckluftleitung, welche den Kompressor über das Hauptventil mit dem Bohrkopf verbindet, kann (die Betonung liegt auf kann) hierbei, gemäß den zuvor beschriebenen Ausbildungsformen, ein Zusatzventil eingefügt und diese Druckluftleitung dadurch so ausgebildet sein, dass sie im Falle des Schließens dieses Zusatzventils einen ein Druckluftvolumen darstellenden Abschnitt aufweist, in welchem auch beim Öffnen der pneumatischen Wege im Bereich der Bohrkrone ein erhöhter Druck aufrechterhalten wird. Jedoch muss diese erste Drucklaufleitung nicht zwingend zur Bereitstellung eines solchen Druckluftvolumens ausgebildet sein, da ein (zusätzliches) Druckluftvolumen im Sinne der Erfindung in jedem Falle durch den vorgenannten mindestens einen Zusatzdruckspeicher (im Weiteren wird wiederum vereinfachend von einem Zusatzdruckspeicher gesprochen) bereitgestellt wird.
  • Dieser Zusatzdruckspeicher ist eingangsseitig über einen Abschnitt einer weiteren Druckluftleitung und das darin angeordnete (zuvor angesprochene) geregelte Ventil sowie ausgangsseitig über einen zweiten Abschnitt der genannten weiteren Druckluftleitung pneumatisch mit der ersten Druckluftleitung verbunden, welche - wie gesagt - ebenfalls zur Bereitstellung eines Druckluftvolumens ausgebildet ist oder auch nicht. Bei dieser besonders vorteilhaften Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Bohrgeräts ist vorzugsweise regelmäßig zwischen dem auf dem Maschinenwagen in die Druckluftleitung eingefügten Hauptventil und dem geregelten Ventil zur Befüllung des Zusatzdruckspeichers ein als elektronisch schaltbares Ventil ausgeführtes Zusatzventil (vorzugsweise in Richtung des Bohrkopfes unmittelbar dem Hauptventil nachfolgend oder am Fuß des Auslegers) angeordnet. Dieses ist natürlich für die Zeitdauer des Befüllens des Zusatzdruckspeichers mit Druckluft in einer Offenstellung und wird im Falle einer Unterbrechung des Bohrvorgang - gesteuert durch die schon mehrfach erwähnte Steuereinheit - unmittelbar vor dem Hauptventil geschlossen und bei der Fortsetzung des Bohrvorgangs (durch Wiederhochfahren des Kompressors und Wiederöffnen des Hauptventils) erst kurz nach dem Hauptventil wieder geöffnet. Hierdurch sichergestellt, dass die unter hohem Druck stehende Druckluft aus dem Zusatzdruckspeicher nach einem Wiederöffnen des Hauptventils in Richtung des Bohrkopfes strömt.
  • Das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine, das mindestens eine Druckluftvolumen nach dem Schließen des Hauptventils gegenüber dem Bohrkopf pneumatisch absperrende Zusatzventil kann bei der Ausbildungsform mit Zusatzdruckspeicher in der ersten Druckluftleitung, nämlich nach der Einmündung des den Zusatzdruckspeicher ausgangsseitig mit dieser ersten Druckluftleitung verbindenden Abschnitts einer weiteren Druckluftleitung angeordnet sein oder unmittelbar in dem vorgenannten, den Zusatzdruckspeicher ausgangsseitig mit der ersten Druckluftleitung verbindenden Abschnitt. Im erstgenannten Fall würde beim Schließen dieses Zusatzventils beim oder nach dem Schließen des Hauptventils sowohl durch einen Abschnitt der ersten Druckluftleitung als auch (zusätzlich) durch den Zusatzdruckspeicher ein erfindungsgemäßes Druckluftvolumen bereitgestellt werden. In beiden Druckluftvolumina würde hierbei bei geschlossenem Hauptventil und geschlossenem Zusatzventil ein erhöhter pneumatischer Druck gleicher Höhe aufrechterhalten werden. Hingegen würde in dem zweiten Fall (Zusatzventil nur ausgangsseitig des Zusatzdruckspeichers in der Verbindung mit der ersten Druckluftleitung) ein einen erhöhten Druck aufrechterhaltendes Druckluftvolumen nur durch den Zusatzdruckspeicher bereitgestellt. In beiden der zuvor betrachteten Fälle wäre jedoch das das Druckluftvolumen oder die Druckluftvolumina zur Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes gegen den Bohrkopf sperrende Zusatzventil vorzugsweise als ein (durch die Steuereinrichtung) elektronisch geschaltetes Ventil ausgebildet, welches bei der Fortsetzung eines Bohrvorgangs zusammen mit dem Hauptventil oder gar unmittelbar vor diesem geöffnet wird.
  • Darüber hinaus ist es aber außerdem möglich, dass sowohl in der ersten Druckluftleitung - nach der Einmündung des den Zusatzdruckspeicher ausgangsseitig mit dieser verbindenden Abschnitts einer weiteren Druckluftleitung als auch in dem zuvor genannten Abschnitt der weiteren Druckluftleitung je ein Zusatzventil angeordnet ist. Hierbei könnte das in der ersten Druckluftleitung angeordnete Zusatzventil auch als Rückschlagventil ausgebildet sein, wohingegen das in dem den Zusatzdruckspeicher ausgangsseitig mit der ersten Druckluftleitung verbindenden Abschnitt der weiteren Druckluftleitung angeordnete Zusatzventil jedenfalls ein elektronisch geschaltetes Ventil ist.
  • Mit einer solchen zwei Zusatzventile aufweisenden Ausbildungsform ist es möglich, in dem Zusatzdruckspeicher Druckluft unter einem sehr hohen Druck, nahe dem Arbeitsdruck zu speichern, wohingegen andererseits in dem mittels des in der ersten Druckluftleitung angeordneten Ventils pneumatisch gegen den Bohrkopf gesperrten Abschnitt der ersten Druckluftleitung nach dem Schließen des Hauptventils und der Drosselung des Kompressors zunächst ein zwar erhöhter, aber gegenüber dem Druck im Zusatzdruckspeicher geringerer Druck aufrecht erhalten wird. Die in dem Druckluftvolumen der ersten Druckluftleitung stehende Druckluft kann dabei, sofern gewünscht, nach der Fertigstellung einer Bohrung (nicht bei vollständiger Beendigung der Arbeiten, sondern zum Verfahren den Bohrgeräts zu einer eng benachbarten Bohrstelle) dazu verwendet werden, durch Öffnen des, in diesem Falle auch als Schaltventil ausgeführten ersten Zusatzventils, die Bohrkrone von Verschmutzungen freizublasen.
  • Bei der Ausbildungsform mit dem Zusatzdruckspeicher wird dieser innerhalb eines gewissen Zeitraums nach dem Bohrbeginn oder der Fortsetzung des Bohrvorgangs nach einer Verlängerung des Bohrgestänges, das heißt nachdem nach Öffnung des Hauptventils der Arbeitsdruck am Bohrkopf anliegt, mit Druckluft befüllt. Dies wird mittels des schon mehrfach angesprochenen geregelten Ventils bewerkstelligt. Mittels dieses in entsprechender Weise eingestellten und geregelten Ventils wird dabei sichergestellt, dass nach dem Erreichen des Arbeitsdrucks, mit dem erneuten Bohrbeginn, ein Teil des durch den Kompressor erzeugten Druckluftstroms (beispielsweise zirka 10 %) für eine gewisse Zeit dem Zusatzdruckspeicher (bis zu dessen vollständiger Füllung mit Druckluft) zugeführt wird. So ist es etwa im Hinblick auf die Arbeitsfähigkeit eines entsprechenden Bohrhammergeräts vernachlässigbar, wenn für einen kurzen Zeitraum von der vielleicht mit 30 m3/min durch den Kompressor erzeugten Druckluft 3 m3/min einem Zusatzdruckspeicher mit einem Volumen von 100 l zugeführt werden. Das bei dieser Ausbildungsform regelmäßig in der Druckluftleitung vorgesehene zweite Zusatzventil verhindert bei gedrosseltem Kompressor und geschlossenem Hauptventil ein Rückströmen von unter hohem Druck stehender Druckluft aus dem Zusatzdruckspeicher in Richtung des Ölabscheiders.
  • Wie zuvor bereits gewissermaßen angedeutet, dürfte unter praktischen Gesichtspunkten ein Zusatzdruckspeicher sinnvoll sein, welcher ein Volumen zur Aufnahme von 100 l Druckluft oder mehr aufweist. Insbesondere, sofern dann die beiden zwischen sich das Druckluftvolumen in der Druckluftleitung ausbildenden Zusatzventile als elektronisch geschaltete Ventile ausgebildet werden, kann mit einer solchen Ausbildungsform für die Dauer beispielsweise der Verlängerung des Bohrgestänges in dem Druckluftvolumen und dem Zusatzdruckspeicher ein Druck aufrechterhalten werden, welcher etwa dem Arbeitsdruck beim Bohren entspricht.
  • Mit Hilfe eines zusätzlichen, vorzugsweise unter einem Druck nahe dem Arbeitsdruck stehenden Zusatzdruckspeichers wird erreicht, dass bei Wiederöffnung des Hauptventils der Arbeitsdruck im Grunde ohne merkliche Verzögerung, das heißt also gewissermaßen sofort, wieder am Bohrkopf ansteht. Der Zusatzdruckspeicher kann im Grunde an nahezu beliebiger Stelle des Bohrgeräts physisch angeordnet werden. Entscheidend ist insoweit lediglich seine pneumatische Verbindung mit der ersten Druckluftleitung und, über diese, mit dem Bohrkopf. Allerdings ist es vorteilhaft, wenn der Zusatzdruckspeicher ein Volumen von deutlich größer als 100 l, also beispielsweise von bis zu 400 l aufweist, diesen zur Stabilisierung des gesamten Bohrgeräts auch in Phasen einer Umsetzung des Bohrgeräts und einer damit verbundenen Bewegung des Bohrgeräts, unmittelbar an oder auf dem Maschinenwagen anzuordnen.
  • Aus Arbeitsschutzgründen ist das erfindungsgemäße Bohrgerät vorzugsweise zudem noch dadurch weitergebildet, dass mindestens ein zusätzliches (in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen weder gezeigtes noch explizit angesprochenes) Entlastungsventil (stromabwärts) vor dem ein jeweiliges Druckluftvolumen gegen den Bohrkopf pneumatisch absperrenden Zusatzventil vorgesehen wird, mittels welchem es ermöglicht ist, bei Beendigung der Bohrarbeiten das Druckluftvolumen oder die Druckvolumina vollständig zu entlüften.
  • Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bohrgeräts gegeben und anhand von Zeichnungen erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
    • Fig. 1:
    eine erste mögliche Ausbildungsform des Bohrgeräts mit einem Zusatzventil,
    Fig. 2:
    eine weitere Ausbildungsform des Bohrgeräts mit einem Zusatzventil,
    Fig. 3:
    eine Ausbildungsform des Bohrgeräts mit zwei Zusatzventilen,
    Fig. 4:
    eine besonders vorteilhafte Ausführungsform mit einem Zusatzdruck-speicher,
    Fig. 5:
    eine abgewandelte Variante der in der Fig. 4 gezeigten Ausbildungs-form.
  • Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Bohrgeräts in einer isometrischen Darstellung. Trotz der räumlichen Darstellung des Bohrgerätes, in dieser sowie in den anderen Zeichnungen, handelt es sich hierbei stets um eine stark vereinfachte schematische Darstellung. Dies gilt insbesondere auch für die jeweils als Symbol dargestellten Ventile 7, 9, 11, 13, 14 sowie für die Druckluftleitung(en) 8 (10) und deren Verlauf. Auf die Darstellung einer auf dem Maschinenwagen 1 angeordneten Steuereinrichtung, welche unter anderem das Hauptventil 7 sowie gegebenenfalls als elektronisch gesteuerte Ventile ausgebildete Zusatzventile 9, 11, 14 ansteuert, wurde verzichtet.
  • Hinsichtlich wesentlicher Hauptkomponenten entspricht das in der Fig. 1 dargestellte Bohrgerät gattungsgemäßen Hammerbohrgeräten, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich um ein Imlochbohrgerät. Dieses weist einen Maschinenwagen 1, einen Bohrmast 3 mit dem daran geführten Bohrkopf 6 und einen den Bohrmast 3 mit dem Maschinenwagen 1 verbindenden sowie zur Positionierung des Bohrmastes 3 mit dem Bohrkopf 6 dienenden Ausleger 2 auf.
  • Auf dem andeutungsweise, das heißt in einer Prinzipdarstellung gezeigten Maschinenwagen 1, bei welchem es sich in dem gezeigten Beispiel um einen auf Ketten beweglichen Maschinenwagen 1 (entweder selbstfahrend mit nicht dargestelltem Führerstand oder als Anhänger ausgebildet) handelt, ist der zur Erzeugung der für das Bohrhämmern benötigten Druckluft dienende, typischerweise mit Diesel betriebene, ölgeschmierte Kompressor 4 angeordnet. Da der Kompressor 4 ölgeschmiert arbeitet, gelangen ungewollt in die von ihm erzeugte Druckluft auch feinste Öltröpfchen. Diese werden mittels eines dem Kompressor 4 nachgeordneten, als Druckbehälter ausgebildeten Ölabscheiders 5 weitgehend vollständig wieder aus der Druckluft entfernt, um zu vermeiden, dass die Umgebung über austretende Druckluft mit dem Öl verunreinigt wird. Bezogen auf die Pneumatikstrecke stromabwärts, das heißt in Richtung vom Kompressor 4 zum Bohrkopf 6, ist dem Ölabscheider 5 das Hauptventil 7 nachgeordnet.
  • Mittels des Bohrkopfes 6 werden über ein (nicht gezeigte) Bohrgestänge eine Drehbewegung und Druckluft auf eine am Ende dieses Bohrgestänges angeordnete (ebenfalls nicht dargestellte) Bohrkrone übertragen. Wie früher bereits ausgeführt, ist es hierbei mit voranschreitender Tiefe des erzeugten Bohrlochs oftmals erforderlich, das Bohrgestänge durch Einfügen weiterer Rohrsegmente zu verlängern. Zu diesem Zweck werden das Hauptventil 7 geschlossen und der Kompressor 4 gedrosselt. Im Zuge des Einfügens eines weiteren Rohrsegments in das Bohrgestänge werden notwendigerweise in diesem Bereich befindliche Verbindungen der druckluftführenden Teile geöffnet, wobei die Druckluft aus ihnen entweicht.
  • Dies hat zur Folge, dass beim Wiederhochfahren des Kompressors 4 und Öffnen des Hauptventils 7 nach erfolgter Verlängerung des Bohrgestänges zunächst der für das Bohren erforderliche Druck in der Pneumatik wieder aufgebaut werden muss. Hierdurch vergeht eine gewisse Zeit, bis der für das Bohren erforderliche Arbeitsdruck wieder an dem die Hammerwirkung erzeugenden Bohrkopf 6 ansteht.
  • Mit der Erfindung kann nun jedoch der zum Aufbau des vollen Arbeitsdrucks am Bohrkopf 6 erforderliche Zeitraum deutlich verkürzt werden. Dies wird durch das an dem Bohrmast 3 zusätzlich in die Druckluftleitung 8 zwischen Ölabscheider (5) und Bohrkopf 3 eingefügte Zusatzventil 9 erreicht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Rückschlagventil oder um ein, ebenso wie das Hauptventil 7, von einer (in der Zeichnung, wie gesagt, nicht gezeigten) Steuereinrichtung des Maschinenwagens 1 gesteuertes elektronisches Ventil.
  • Sofern es sich bei dem Zusatzventil 9 um ein Rückschlagventil handelt, verschließt dieses die Druckluftleitung 8 zum Bohrkopf 6 hin, sobald infolge der Verlängerung des Rohrgestänges der Luftdruck in einem Abschnitt zwischen dem Hauptventil 7 und diesem zusätzlichen Ventil 9 unter beispielsweise 1,2 MPa fällt. Durch den betreffenden, gegen den Bohrkopf 6 abgesperrten Abschnitt 8'der Druckluftleitung 8 wird demnach mit Hilfe des Zusatzventils 9 ein Druckluftvolumen aufgebaut, in welchem trotz Schließen des Hauptventils 7 und Drosselung des Kompressors 4 ein erhöhter Druck (gemäß dem vorgenannten Beispiel von etwa 1,2 MPa) aufrechterhalten bleibt.
  • Das Aufrechterhalten dieses erhöhten Drucks in dem besagten Abschnitt 8' der Druckluftleitung 8 führt dann beim Wiederhochfahren des Kompressors 4 und Öffnen des Hauptventils 7 zu einer signifikanten Verkürzung der für die Bereitstellung des vollen Arbeitsdrucks (typischerweise bei Imlochbohrgeräten 1,6 MPa bis 4 MPa) erforderlichen Zeit. Das heißt, die Umrüstzeit verkürzt sich und die Produktivität bei der Erzeugung tiefer und häufig mehrerer Bohrlöcher an einem Einsatzort, für deren Realisierung das Bohrgestänge mehrfach verlängert werden muss, erhöht sich.
  • Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Bohrgerätes handelt es sich um eine mit der Fig. 1 vergleichbare Gestaltungsvariante. Bei dieser ist das Zusatzventil 9 ebenfalls am Bohrmast 3, hierbei aber, genauer gesagt, unmittelbar an dem Bohrkopf 6 angeordnet. Hierdurch wird für das Druckluftvolumen, als dem Abschnitt 8' der Druckluftleitung 8, in welchem auch nach dem Schließen des Hauptventils 7 ein erhöhter Druck aufrecht erhalten bleibt, ein maximales Volumen realisiert. Für den Fachmann ist es hierbei nachvollziehbar, dass sich die Zeit, innerhalb welcher nach dem Wiederöffnen des Hauptventils 7 wieder der Arbeitsdruck am Bohrkopf 6 ansteht, umso signifikanter verkürzt, je größer das erfindungsgemäß in der Druckluftleitung 8 vorgesehene, gewissermaßen als Druckspeicher wirkende Druckluftvolumen ist. Bei dem Zusatzventil 9 handelt es sich bei dieser Ausbildungsform vorzugsweise um ein Rückschlagventil, welches im Vergleich zu elektronischen Schaltventilen robuster gegen am Bohrkopf 6 durch das Schlagwerk verursachte Erschütterungen ist.
  • In der Fig. 3 ist eine Ausbildungsform dargestellt, bei welcher das Bohrgerät um ein weiteres, in die Druckluftleitung eingefügtes Zusatzventil 11 ergänzt ist. Dieses zweite Zusatzventil 11, bei dem es sich um ein elektronisch geschaltetes Ventil handelt, verhindert ein Rückströmen der in dem erfindungsgemäß geschaffenen Druckluftvolumen befindlichen Druckluft in Richtung des Ölabscheiders 5 (Druckbehälter) über das bei dieser Ausbildungsform Druckluft in dieser Richtung (stromaufwärts) nicht sperrende Hauptventil 7, auch unabhängig vom eventuellen Vorhandensein eines Mindestdruckventils. Dabei werden das Hauptventil 7 und das bei dieser Ausbildungsform vorhandene zweite Zusatzventil 11 durch die (nicht gezeigte) Steuereinrichtung derart angesteuert, dass das zweite Zusatzventil 11 im Zusammenhang mit einem Wiederöffnen des Hauptventils 7 in jedem Falle erst unmittelbar nach diesem öffnet. In dem gezeigten Beispiel ist das erste Zusatz 9 ebenfalls unmittelbar am Bohrkopf 6 angeordnet.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform, respektive Weiterbildung der Erfindung ist in der Fig. 4 veranschaulicht. Hierbei ist ein erstes erfindungsgemäß vorhandenes Druckluftvolumen in einem Abschnitt 8' zwischen dem Zusatzventil 9 und dem elektronisch geschaltetem Zusatzventil 11 in der vom Hauptventil 7 und zum Bohrkopf 6 verlaufenden Druckluftleitung 8 ausgebildet und darüber hinaus durch einen über Abschnitte 10'und 10" einer Druckleitung 10 mit der Druckluftleitung 8 verbundenen Zusatzdruckspeicher 12. Der Zusatzdruckspeicher 12 wird vorzugsweise ab dem Zeitpunkt des Fortsetzens des Bohrvorgangs nach Wiedererreichen des Arbeitsdrucks, durch gewissermaßen Abzweigen eines Teils des Volumenstroms, der sich zwischen dem Kompressor 4 und dem Bohrkopf 6 bewegenden Druckluft über ein dazu in dem Abschnitt 10' der Druckluftleitung 10 vorgesehenes geregeltes Ventil 13 mit Druckluft befüllt. Bei der Druckluftleitung 8 handelt es sich um die auch in den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 vorhandene, in den vorhergehenden Darstellungen regelmäßig als erste Druckluftleitung bezeichnete Druckluftleitung, in welche die zur Unterscheidung regelmäßig als weitere Druckluftleitung bezeichnete Druckluftleitung 10 mit ihrem Abschnitt 10" ausgangsseitig des Zusatzdruckspeichers 12 einmündet.
  • Die in ihm gespeicherte Druckluft kann der Zusatzdruckspeicher 12 im Moment des Wiederöffnens des Hauptventils 7 nach einer Verlängerung des Bohrgestänges und der damit einhergehenden Öffnung der Druckwege am Bohrkopf 6 über das Druckluftvolumen sehr schnell durch Öffnung des bis dahin geschlossenen, elektronisch geschalteten Zusatzventils 14 bereitstellen und damit die Zeit bis zum Anliegen des vollen Arbeitsdrucks am Bohrkopf 6 nochmals deutlich verkürzen. Bei der gezeigten Ausbildungsform ist es durch das vorgesehene Zusatzventil 14 möglich, in dem durch den Abschnitt 8'zwischen den Zusatzventilen 9, 11 in der Druckluftleitung 8 realisierten Druckluftvolumen während der Unterbrechung des Bohrvorgangs (insbesondere zur Verlängerung des Bohrgestänges) einen erhöhten Druck von beispielsweise 1,2 MPa aufrechtzuerhalten und gleichzeitig in dem Zusatzdruckspeicher unter einem deutlich höheren, vorzugsweise annähernd dem Arbeitsdruck entsprechenden Druck stehende Druckluft zu speichern. Die in dem Druckluftvolumen des Abschnitts 8' mittels des beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildeten Zusatzventils 9 gespeicherte Druckluft kann dabei zum Beispiel dazu verwendet werden die Bohrkrone vor dem Beginn einer neuen Bohrung von Verschmutzungen freizublasen.
  • Abweichend von der in der Fig. 4 gezeigten Darstellung kann der Zusatzdruckspeicher 12 zur Vermeidung längerer parallel zur eigentlichen Druckluftleitung 8 verlaufender Leitungen auch so ausgebildet und angeordnet sein, dass Abschnitte 10', 10" zur Verbindung des Zusatzdruckspeichers 12 mit der Druckluftleitung 8 für die ihm einerseits über das geregelte Ventil 13 zugeführte Druckluft und für die andererseits aus ihm zum verkürzten Wiederaufbau des Arbeitsdrucks zur Fortsetzung eines Bohrvorgangs über das Zusatzventil 14 entweichende Druckluft auf derselben Seite in einen den Zusatzdruckspeicher 12 ausbildenden Behälters hinein beziehungsweise herausgeführt sind. Die Druckluftleitung 10, das heißt deren Abschnitte 10'und 10", könnten dadurch auch derart stark verkürzt sein, dass sie als solche von außen visuell kaum wahrnehmbar sind. Zudem kann der Zusatzdruckspeicher 12 räumlich auch auf dem Maschinenwagen 1 angeordnet sein. Dies wir aus Stabilitätsgründen insbesondere für sehr große Zusatzdruckspeicher 12 mit einem Volumen von deutlich mehr als 100 l in Betracht zu ziehen sein. Schließlich sei ausdrücklich noch erwähnt, dass das Bohrgerät auch mit mehreren Zusatzdruckspeichern 12 ausgestattet sein kann.
  • Eine Variante der Ausbildungsform gemäß der Fig. 4, welche ebenfalls einen Zusatzdruckspeicher 12 aufweist ist in der Fig. 5 dargestellt. Bei dieser ist lediglich ein elektronisch geschaltetes Zusatzventil 14 im Abschnitt 10" der (weiteren) Druckluftleitung 10 angeordnet. Demnach wird hier, abweichend von der Ausbildungsform nach der Fig. 4, ein erfindungsgemäßes Druckluftvolumen nur durch den Zusatzdruckspeicher 12, nicht aber in der (ersten) Druckluftleitung 8 bereitgestellt.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Maschinenwagen
    2
    Ausleger
    3
    Bohrmast
    4
    Kompressor
    5
    Ölabscheider
    6
    Bohrkopf
    7
    Hauptventil
    8
    Druckluftleitung
    8'
    Abschnitt der Druckluftverbindung 8
    9
    Zusatzventil
    10
    Druckluftverbindung
    10'
    Abschnitt der Druckluftverbindung 10
    10"
    Abschnitt der Druckluftverbindung 10
    11
    Zusatzventil (dem Hauptventil 7 nachgeschaltet, z. B am Fuß des Auslegers 2 angeordnet)
    12
    Zusatzdruckspeicher
    13
    geregeltes Ventil
    14
    Zusatzventil

Claims (15)

  1. Bohrgerät, nämlich als Hammerbohrgerät ausgebildetes Erdloch- und Gesteinsbohrgerät, umfassend
    - einen auf Rädern oder Ketten beweglichen Maschinenwagen (1) mit einem Kompressor (4) zum Erzeugen beim Bohren verwendeter Druckluft und mit einem Ölabscheider (5), nämlich einem Druckbehälter zum Abscheiden in der erzeugten Druckluft enthaltenen Öls;
    - einen Bohrmast (3) mit einem Bohrkopf (6), durch welchen über ein an dem Bohrmast (3) geführtes Bohrgestänge Drehbewegungen und die Druckluft auf eine an einem freien Ende des Bohrgestänges angeordnete Bohrkrone übertragen werden;
    - einen Ausleger (2) zur Verbindung des Bohrmastes (3) mit dem Maschinenwagen (1) sowie zur Positionierung des Bohrmastes (3) mit dem Bohrkopf (6);
    - mindestens eine durch Rohre und/oder Schläuche ausgebildete Druckluftleitung (8, 10) zwischen dem Ölabscheider (5) und dem Bohrkopf (6), in die auf dem Maschinenwagen (1), im Bereich des Ölabscheiders (5), nämlich an dessen Ausgang, ein von einer Steuereinrichtung gesteuertes Hauptventil (7) eingefügt ist, welches in einem geschlossenen Zustand einen vom Ölabscheider (5) zum Bohrkopf (6) gerichteten Druckluftstrom sperrt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der mindestens einen Druckluftleitung (8, 10) zwischen dem Hauptventil (7) und dem Bohrkopf (6) mindestens ein Druckluftvolumen ausgebildet ist, in welchem nach einem zuvor mittels des Kompressors (4) erfolgten Druckaufbau für das Bohren, auch nach einem Schließen des Hauptventils (7) während einer Unterbrechung eines Bohrvorgangs ein erhöhter pneumatischer Druck aufrechterhalten bleibt und dass in die mindestens eine Druckluftleitung (8, 10) mindestens ein Zusatzventil (9, 14) eingefügt ist, welches beim Schließen des Hauptventils (7) geschlossen ist oder wird und hierdurch das mindestens eine Druckluftvolumen gegen den Bohrkopf (6) pneumatisch verschließt.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abseits des Maschinenwagens (1) zwischen dem Hauptventil (7) und dem Bohrkopf (6) das mindestens eine, nach einem Schließen Hauptventils (7) ebenfalls geschlossene oder sich schließende Zusatzventil (9) in die Druckluftleitung (8) eingefügt ist und dass das mindestens eine, auch bei geschlossenem Hauptventil (7) unter einem erhöhten Druck verbleibende Druckluftvolumen in einem sich zwischen dem Hauptventil (7) und diesem Zusatzventil (9) befindenden Abschnitt (8') der Druckluftleitung (8) ausgebildet ist.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil (9) am bohrmastseitigen Ende des Auslegers (2) oder am Bohrmast (3) selbst in die Druckluftleitung (8) eingefügt ist.
  4. Bohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zusatzventil (9) um ein Rückschlagventil handelt, welches schließt und damit den Abschnitt (8') mit dem in der Druckluftleitung (8) ausgebildeten Druckluftvolumen in Richtung des Bohrkopfes (6) verschließt, sofern der Druck innerhalb dieses Abschnitts (8') der Druckluftleitung (8) einen festgelegten Mindestdruck unterschreitet.
  5. Bohrgerät nach Anspruch 4, welches mit einem Arbeitsdruck von 1,6 MPa bis 4 MPa arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückschlagventil ausgebildete Zusatzventil (9) schließt, wenn der Druck in dem Abschnitt (8') der Druckluftleitung (8) einen zwischen 0,6 MPa und 1,2 MPa festgelegten Mindestdruck unterschreitet.
  6. Bohrgerät nach Anspruch 4 oder 5, wobei das als Rückschlagventil ausgebildete Zusatzventil (9) am Bohrmast (3), nämlich unmittelbar am Bohrkopf (6) in die Druckluftleitung (8) eingefügt ist.
  7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Zusatzventil (9, 14) um ein mittels der Steuereinrichtung gesteuertes elektronisches Schaltventil handelt.
  8. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Zusatzventil (9, 14) und dem Hauptventil (7) ein weiteres, als elektronisch gesteuertes Schaltventil ausgebildetes Zusatzventil (11) in die mindestens eine Druckluftleitung (8, 10) eingefügt ist, durch welches das mindestens eine, zwischen dem Hauptventil (7) und dem Bohrkopf (6) ausgebildete Druckluftvolumen pneumatisch gegen das Hauptventil (7) abgesperrt ist, wobei das Hauptventil (7) und dieses weitere Zusatzventil (11) durch die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass das Zusatzventil (11) bei einem Wiederöffnen des Hauptventils (7) stets erst unmittelbar nach diesem geöffnet wird.
  9. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit Druckluftleitungen (8, 10) zwischen dem Ölabscheider (5) und dem Bohrkopf (6), dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens einen über ein geregeltes Ventil (13) mit Druckluft befüllbaren, in die Druckluftleitung (10) eingefügten Zusatzdruckspeicher (12) aufweist, welcher eingangsseitig über einen Abschnitt (10') der Druckluftleitung (10) und das darin angeordnete geregelte Ventil (13) sowie ausgangsseitig über einen Abschnitt (10") der Druckluftleitung (10) pneumatisch mit der Druckluftleitung (8) verbunden ist.
  10. Bohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzdruckspeicher (12) einen Volumen zur Aufnahme von 100 l Druckluft oder mehr aufweist.
  11. Bohrgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzdruckspeicher (12) an oder auf dem Maschinenwagen (1) angeordnet ist.
  12. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig des Zusatzdruckspeichers (12) in dem Abschnitt (10") der Druckluftleitung (10) ein durch die Steuereinrichtung gesteuertes elektronisches Ventil als Zusatzventil (14) eingefügt ist.
  13. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem mindestens einen Zusatzventil (9, 14) mindestens ein zur Entlüftung des mindestens einen Druckluftvolumens bei Beendigung der Bohrarbeiten dienendes, von der Steuereinrichtung gesteuertes Entlastungsventil in der mindestens einen Druckluftleitung (8, 10) angeordnet ist.
  14. Bohrgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckluftvolumen bei einer Abschaltung des Kompressors (4) durch das Entlastungsventil entlüftet wird.
  15. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei es sich bei dem Bohrgerät um ein als Imlochbohrgerät ausgeführtes Hammerbohrgerät handelt.
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