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Die
Erfindung betrifft ein Bohrgerät,
insbesondere zum Erd- oder
Gesteinsbohren, mit einem Bohrstrang, einem Bohrantrieb zum Antreiben
des Bohrstranges und einer Halterung, an welcher der Bohrantrieb
gehaltert ist.
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Sowohl
beim drehenden Bohren als auch beim drehschlagenden Bohren tritt
insbesondere bei längeren
Bohrsträngen
ein sogenanntes Walken des Bohrstranges auf. Walken bedeutet eine
umlaufende Biegebelastung des Bohrstranges. Dieses Walken ist durch
unterschiedliche Faktoren bedingt, beispielsweise durch die Fertigungstoleranzen
des Bohrstranges, des Antriebskopfes sowie dessen Lagerung und insbesondere
durch unsymmetrisch am Werkzeug auftretende Prozesskräfte. Ein
weiterer Grund für das
Walken liegt in dem konstruktiv erforderlichen Spiel in der Bohrachse
zwischen dem Bohrstrang und den den Bohrstrang führenden Elementen, wie etwa
der Anbohrführung.
Durch Verschleiß kann
sich dieses Spiel vergrößern, wodurch
sich auch das Problem des Walkens erhöht.
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Eine
Abtriebswelle des Bohrantriebes ist über einen Abtriebsflansch mittels
Schraubbolzen lösbar
mit dem Bohrstrang verbunden, welcher üblicherweise ein aus mehreren
Elementen zusammengesetztes Bohrgestänge sein kann. Durch das Walken
entsteht an dem Abtriebsflansch des Bohrantriebs ein umlaufendes
Biegemoment. Dieses verursacht wechselnde bzw. schwellende Längskräfte an den
Schraubbolzen des Abtriebsflansches. Dadurch kann es im Dauerbetrieb
zu Lockerungen oder im ungünstigsten
Fall zu Beschädigungen
der Flanschbefestigung kommen.
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Bei
Bohrgeräten
mit relativ genauer Führung des
Bohrantriebes auf einer Bohrlafette werden die umlaufenden Biegemomente
im Bohrantrieb bis in die Lafette abgetragen, bzw. sie können nicht
durch ein erhöhtes
Spiel zwischen Antriebsschlitten und Bohrlafette kompensiert werden.
Dies ist etwa dann der Fall, wenn die Führungselemente, zum Beispiel Gleitführungsleisten,
schon stark verschlissen sind. Bei Bohrgeräten mit automatischem Gestängemagazin
ist jedoch ein Verschleiß oder
konstruktiv bedingtes Spiel zwischen Schlitten und Bohrlafette nicht wünschenswert,
weil sonst eine exakte Fluchtung der Bohrachse mit der Bohrantriebsachse
nicht mehr gegeben ist und dadurch ein Magazinbetrieb erschwert oder
verhindert wird.
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In
der gattungsgemäßen
DE 102 18 144 A1 wird
gelehrt, beim Herstellen von Bohrungen größerer Längen Bohrrohre oder Bohrrohr
und Rohrflansch zu verschrauben.
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Dazu
wird in dieser Druckschrift eine Bohrvorrichtung mit Gewindelängenausgleich
beschrieben, die eine Längsbewegung
des Bohrantriebes gegen eine Rückstellkraft
ermöglicht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät anzugeben,
bei welchem die negativen Einflüsse
des Walkens auf den Bohrantrieb und dessen Verbindung zum Bohrstrang
erheblich vermindert sind.
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Die
Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Bohrgerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch
gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer Walkbewegung des Bohrstranges
zwischen dem Bohrantrieb und der Halterung mindestens eine Federeinrichtung
angeordnet ist, über
welche der Bohrantrieb an der Halterung quer zu einer Bohrachse auslenkbar
gelagert ist.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Bohrantrieb elastisch
oder federnd zu lagern. Der Bohrantrieb kann so den prozessbedingten
Biegebelastungen und Bewegungen des Bohrstranges im Bohrbetrieb
zumindest teilweise folgen. Hierdurch vermindern sich die Belastungen
insbesondere auf die Schraubbolzen am Abtriebsflansch des Bohrantriebes
erheblich. Die Gefahr von Lockerungen der Flanschverbindung zum
Bohrstrang und die damit verbundene Gefahr von Beschädigungen
wird drastisch verringert.
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Grundsätzlich können für die Federeinrichtung
beliebige federnde oder elastische Elemente verwendet werden, welche
eine gewisse Bewegungsfreiheit des Bohrantriebes sowie dessen Rückstellung
in eine Ausgangsposition nach Wegfall der Belastung sicherstellen.
Dabei können
für die
Erfindung auch Gummielemente zum Einsatz kommen. Eine besonders
altersbeständige
und auch für
längeren
Dauerbetrieb geeignete Ausführungsform
besteht nach der Erfindung aber darin, dass die Federeinrichtung
mindestens eine Drehstabfeder aufweist. Eine Drehstabfeder aus einem
Federstahl stellt ein besonders robustes und kostengünstiges
Federelement dar.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ende der Drehstabfeder in einer
ersten Aufnahme befestigt ist, welche an der Halterung angebracht
ist, und dass das andere Ende der Drehstabfeder in einer zweiten
Aufnahme befestigt ist, welche an dem Bohrantrieb angebracht ist.
Die beiden Aufnahme können
dabei beispielsweise als Deckel oder Flansche ausgebildet sein,
welche mittels Schraubverbindungen an der Halterung bzw. dem Bohrantrieb
befestigt werden können.
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Eine
besonders hohe Federsteifigkeit und damit eine besonders gute Rückstellung
des Bohrantriebes wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass
mehrere, vorzugsweise vier Drehstabfedern als ein Paket zusammen
angeordnet sind. Eine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich
dadurch, dass die Drehstabfedern zylindrisch ausgebildet sind, wobei
jedoch die freien Enden mehreckig, insbesondere viereckig, gestaltet
sind. Mit diesen eckigen Enden können
die Drehstabfedern verdrehsicher in korrespondierenden Aufnahmelöchern in
den deckel- oder flanschförmigen
Aufnahmen angeordnet werden.
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Eine
besonders stabile Lagerung des Bohrantriebes wird nach der Erfindung
dadurch erzielt, dass die Halterung einen gabelförmigen Lagerbock aufweist,
in welchem der Bohrantrieb an zwei gegenüberliegenden Seiten mit je
einer Federeinrichtung aufgehängt
ist. Durch diese beidseitige federnde Lagerung ergibt sich eine
gute elastische Aufhängung in
einer Ebene.
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Darüber hinaus
ist es erfindungsgemäß, dass
der Lagerbock über
mindestens eine Federeinrichtung an einer Grundplatte gelagert ist.
Bei Kombination mit den Federeinrichtungen am Lagerbock kann diese
weitere Federeinrichtung an der Grundplatte eine zusätzliche
Bewegbarkeit gewähren.
Hierzu ist insbesondere diese Federeinrichtung in ihrer Ausrichtung
um 90° zu
der Ausrichtung der anderen Federeinrichtungen ausgerichtet. Die
federnde Aufhängung
in mehreren Richtungen erlaubt so eine Kompensation auch komplexer
Bewegungszustände beim
Walken.
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Für eine lösbare Halterung
des Bohrstranges ist es erfindungsgemäß, dass der Bohrantrieb einen Befestigungsflansch
zum Anbringen des Bohrstranges aufweist. Dieser Befestigungs- oder
Abtriebsflansch ist fest mit der Abtriebswelle des Bohrantriebes
verbunden. Über
einen korrespondierenden Flansch am Bohrstrang kann dieser über Schraubbolzen
lösbar
mit dem Bohrantrieb verbunden werden. In Verbindung mit der elastischen
Aufhängung des
Bohrantriebes wird eine sichere und zugleich langlebige Verbindung
erreicht.
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Nach
der Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass der Bohrantrieb und
der Befestigungsflansch mit einem mittigen Durchgang für einen
Spülbohrbetrieb
ausgebildet sind. Es kann so nach der Erfindung ein Spülbohrbetrieb
ohne Behinderungen durchgeführt
werden, wobei gleichzeitig die Belastungen durch das Walken auf
den Bohrantrieb erheblich vermindert sind.
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Zur
Vermeidung von Überbelastungen
ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass Anschläge zum Begrenzen
der Auslenkbewegung der Federeinrichtung vorgesehen sind. Diese
Anschläge
können
insbesondere vorstehende Platten oder andere Stoppelemente sein,
welche die Auslenkung des Bohrantriebes mechanisch begrenzen. Die
Anschläge
können
unmittelbar in den Federeinrichtungen integriert oder separat am
Bohrantrieb oder der Halterung vorgesehen sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
weiter erläutert, welche
schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes;
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2 eine
Seitenansicht auf eine Halterung mit Bohrantrieb für eine vertikale
Aufhängung;
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3 eine
Querschnittsansicht durch die Halterung mit Bohrantrieb gemäß 2;
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4 eine
Draufsicht auf eine Halterung mit Bohrantrieb für eine horizontale Aufhängung; und
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5 eine
Querschnittsansicht durch die Halterung mit Bohrantrieb gemäß 4.
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Ein
erfindungsgemäßes Bohrgerät 10 gemäß 1 weist
ein Trägergerät 5 auf,
welches als ein Raupenfahrzeug ausgeführt ist. Das Raupenfahrzeug
umfasst die Antriebsaggregate, die Bedieneinheit sowie einen Stellmechanismus 7,
mit welchem ein Mast 9 in nahezu jede beliebige vertikale
oder horizontale Position gebracht werden kann. Entlang des Mastes 9 ist
ein Schlitten 11 verschiebbar geführt. Eine Verbeschiebebewegung
des Schlittens 11 wird durch einen nur angedeuteten Vorschubantrieb 3 bewirkt,
welcher üblicherweise
eine Seil- oder Kettenzugeinrichtung aufweist.
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Ein
Bohrantrieb 12 ist über
eine Halterung 20 an dem Schlitten 11 befestigt.
An einer Abtriebswelle des Bohrantriebes 12 ist ein Befestigungsflansch 14 vorgesehen,
an welchem ein Bohrstrang 30 mit einem Bohrflansch 32 über Schraubbolzen
lösbar
befestigt ist. Am unteren Ende des Mastes 9 ist zur Stabilisierung
und Führung
des Bohrstranges 30 eine Bohrführung 36 angeordnet,
welche auch die Funktion einer Klemm- und Brecheinrichtung zum Lösen und
Verschrauben von Bohrgestängeelementen
haben kann.
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Eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufhängung des
Bohrantriebes 12 ist in den 2 und 3 näher gezeigt.
Die Halterung 20 umfasst einen gabelförmigen Lagerbock 22, in
welchem der Bohrantrieb 12 mittels zweier gegenüberliegender
Federeinrichtungen 50 vertikal aufgehängt ist. Die Federeinrichtungen 50 gewähren dabei in
einer vertikalen Richtung eine Auslenkbewegung des Bohrantriebes 12,
der über
den Befestigungsflansch 14 und den Bohrflansch 32 mit
dem Bohrstrang 30 verbunden ist. Die Auslenkung der Bohrachse 18 ist
schematisch in 2 dargestellt.
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Die
Federeinrichtung 50 umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
jeweils vier Drehstabfedern 52, welche in einem Viererpaket
angeordnet sind, wie schematisch aus der Detaildarstellung D2 hervorgeht.
Gemäß der schematischen
Detaildarstellung von D1 weist jede Drehstabfeder 52 an
ihren freien Enden einen rechteckigen, insbesondere quadratischen
Sockel 54 auf, wobei sich zwischen dem quadratischen Sockel 54 ein
Zylinderbereich 56 erstreckt. Ein freies Ende der Drehstabfedern 52 ist
in einer ersten Aufnahme 58 angeordnet, welche eine quadratische
Ausnehmung entsprechend den vier Sockeln 54 der Drehstabfedern 52 aufweist.
Die erste Aufnahme 58 ist gemäß Detailansicht D4 als ein
Deckel ausgebildet, welcher in eine entsprechende Ausnehmung am
Lagerbock 22 eingesetzt und an diesen über Schrauben angeflanscht
ist.
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Das
andere Ende der Drehstabfedern 52 ist in einer zweiten
Aufnahme 60 angeordnet, welche wiederum über Schraubverbindungen
am Gehäuse des
Bohrantriebes 12 befestigt ist. Die zweite Aufnahme 60 ist
als eine Rechteckplatte gestaltet, wie aus der Detailansicht gemäß D3 hervorgeht.
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Der
Bohrantrieb 12 ist so ausschließlich über die beiden Federeinrichtungen 50 im
Lagerbock 22 aufgehängt.
Die beiden sich gegenüberliegenden
Federeinrichtung 50 bilden so eine Auslenkachse 51, welche
die Bohrachse 18 schneidet. Die Auslenkachse 51 bildet
den Drehpunkt der Bohrachse 18, mit welcher sich diese
um einen durch nicht näher
dargestellte Anschläge
definierten Winkelbetrag auslenken kann. Auf diese Weise kann der
Bohrantrieb 12 den durch das Walken bewirkten Bewegungen
des Bohrstranges 30 in gewissem Umfang folgen, so dass
die Schraubverbindung zwischen dem Befestigungsflansch 14 und
dem Bohrflansch 32 erheblich entlastet werden.
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Eine
ergänzte
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufhängung des
Bohrantriebes 12 ist in den 4 und 5 dargestellt.
Hinsichtlich der vertikalen Aufhängung
des Bohrantriebes 12 in einem Lagerbock 22 mittels
zweier seitlicher Federeinrichtungen 50 entspricht diese
Aufhängung
der zuvor beschriebenen Aufhängung
gemäß den 2 und 3.
Zusätzlich
ist eine horizontale Aufhängung
vorgesehen, bei welcher der Bohrantrieb 12 um eine zweite
Auslenkachse 62, welche senkrecht zur Bohrachse 18 sowie
zur ersten Auslenkachse 51 steht, eine zusätzliche
Winkelauslenkung durchführen
kann.
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Für diese
horizontale Beweglichkeit ist der Lagerbock 22 mit seiner
Bodenplatte 24 auf einer Grundplatte 28 aufgesetzt.
Die Befestigung der Bodenplatte 24 auf der Grundplatte 28 erfolgt über eine weitere
Federeinrichtung 50, welche ebenfalls gemäß der Detaildarstellung
D6 vier im Paket angeordnete Drehstabfedern 52 aufweist.
Das untere Ende der Drehstabfedern 52 ist in einer ringförmigen ersten Aufnahme 58 angeordnet,
welche an der Grundplatte 28 mittels Schrauben befestigt
ist. Die ringförmige erste
Aufnahme ist in D7 gezeigt.
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Das
obere Ende der Drehstabfedern 52 befindet sich in einer
entsprechenden eckigen Ausnehmung einer topfförmigen zweiten Aufnahme 60,
welche im Einzelnen in der Detailansicht D5 dargestellt ist. Die
zweite Aufnahme 60 wiederum ist an der Bodenplatte 24 des
Lagerbocks 22 angeflanscht, so dass hierdurch eine gewisse
Verdrehung des Lagerbockes 22 um die zweite Auslenkachse 62 gegenüber der
Grundplatte 28 gewährt
wird.