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Bohrmaschine und Verfahren zur Lenkung derselben Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Lenken einer Bohrmaschine od. dgl. für Gestein, Erde oder ähnliches
Material, welche einen Hauptbohrer mit einem in einem Vorbohrloch verspannbaren
Führungsbohrer aufweist, sowie einen Bohrerträger, der durch hydraulische Rammen
in der Hauptbohrung in vertikaler und horizontaler Richtung verschiebbar ist.
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Es ist bereits ein Bohrverfahren bekannt, bei welchem ein Führungsbohrer
im Vorbohrloch verspannt und der Hauptbohrer hydraulisch nachgezogen wird (Engineering
News Record, 12. 3.1964, S. 24 und 25). Die bekannte Maschine kann bereits mittels
einem Paar entgegengesetzt angeordneter hydraulischer Zylinder eine horizontale
Bewegung und mit den Zylindern, welche innerhalb der kardanischen Aufhängung für
die beiden vorgenannten Zylinder angeordnet sind, auch vertikale Bewegungen in ihrer
Längsachse ausführen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Lenken einer Hochleistungsbohrmaschine für Erdreich, Gestein
und ähnliches Material zu schaffen, wobei, um die Bohrrichtung zu verändern, die
gesamte Vorrichtung um einen Punkt verschwenkt wird, welcher von der Fläche des
zu schneidenden Materials in Vorwärtsrichtung liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lenkung
der Maschine durch Verschwenken der Maschine mittels der genannten Rammen um einen
kleinen Winkel um einen Schwenkpunkt erfolgt, der innerhalb des Führungsbohrloches
vor dem Hauptbohrloch liegt, worauf der Hauptbohrer längs der veränderten Führungsbohrerachse
durch eine auf die Verankerung wirkende Kraft vorwärts bewegt wird.
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Durch diese Arbeitsweise läßt sich eine besonders genaue Durchführung
der Lenkbewegung erzielen. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Verfahrensschritte zyklisch wiederholt, um den gewünschten Drehwinkel
der Hauptbohrung zu erzeugen.
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Dabei wird die Maschine zyklisch um wachsende kleine Winkel verlagert
und vorwärts bewegt, während sie bei oder zwischen diesen Verlagerungen oder Verschiebungen
weiterbohrt.
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Die Bohrmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist einen verstellbar gelagerten Rahmen für die Bohrer auf, welcher Rahmen jeweils
durch am Rahmen angreifende, sich gegenüberliegende hydraulische Rammen in horizontaler
und vertikaler Richtung in der Hauptbohrung verschoben werden kann, und einen in
einem Vorbohrloch verspannbaren Führungsbohrer.
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Die Bohrmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der
Führungsbohrer ein Führungsrohr aufweist, das innerhalb des verstellbaren Rahmens
um eine horizontale Achse sowie um eine vertikale Achse drehbar ist, um eine Verschwenkung
der Maschine zu erleichtern.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g.1 eine etwa perspektivische Ansicht, in welcher ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Gesteinsbohrmaschine dargestellt ist, F i g. 2 eine teilweise
geschnittene schematische Ansicht, in welcher die Befestigung des Führungsrohres
in der in F i g. 1 dargestellten Maschine und der zugehörige Maschinenrahmen mit
einer Hebevorrichtung dargestellt ist, F i g. 3 eine schematische Draufsicht, in
welcher die in F i g. 1 dargestellte Maschine in Betrieb dargestellt ist, nachdem
der Führungsbohrer gerade mit einem neuen Zyklus begonnen hat, F i g. 4 eine schematische
Draufsicht auf die Maschiene in Betrieb, in welcher der Führungsbohrer voll ausgefahren
und verankert dargestellt ist und der Hauptbohrer mit einer normalen, gerade fortschreitenden
Arbeitsweise beginnt,
F i g. 5 eine schematische Draufsicht, in
welcher die Stützheber so eingestellt sind, daß sie die seitliche Lage der Maschine
verändern, wobei die Führungsbohrung vollständig gebohrt ist und die Maschinen für
das nächste Vorrücken in` ihre Lage zurückgebracht sind, F i g. 6 eine schematische
Draufsicht, in welcher die Lenkungswirkung der Maschine dargestellt ist, wobei der
Hauptbohrer in seiner veränderten Richtung vorrückt, F i g. 7 einen schematischen
Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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F i g. 8 eine teilweise geschnittene Teilansicht, in welcher eine
andere Ausführungsform der in F i g. 7 gezeigten Maschine dargestellt ist, F i g.
9 einen der F i g. 2 ähnlichen schematischen Schnitt, in welchem ein anderes Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, F i g. 10 eine schematische Ansicht, in welcher die Wirkungsweise
bestimmter Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt ist, F i g. 11 eine Tabelle,
in welcher die in Verbindung mit F i g. 9 zu verwendenden Drehungsgrößen dargestellt
sind, F i g. 12 eine schematische Darstellung, in welcher die Korrekturfaktoren
dargestellt sind, welche bei der Korrektur gemäß Beispiel I angewendet werden, F
i g. 13, 14 und 15 graphische Darstellungen, in welchen der Normalzustand gemäß
F i g. 11 zur Verwendung bei der Bestimmung der Korrekturwirkung dargestellt ist,
und F i g. 16 eine schematische Darstellung, in welcher die Korrekturfaktoren dargestellt
sind, welche bei der Korrektur gemäß BeispielII angewendet werden.
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Gemäß F i g. 1 weist die Gesteinsbohrmaschine einen mit 11 bezeichneten
Rahmen zur Halterung der Bohrer und des zugehörigen Aufbaues auf.
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Der Hauptbohrer 12 weist eine verhältnismäßig große, drehbare, ringförmige
Platte 13 auf, auf deren Vorderfläche eine Reihe von zugehörigen Schneidbohrern
14 befestigt ist, wobei Rollmeißel dargestellt sind, obwohl auch irgendwelche andere
Bohrer verwendet werden können. Bei Betrieb kann die Ebene dieses Hauptbohrers parallel
zur Fläche des zu schneidenden Materials liegen, so daß alle Schneidbohrer 14 ungefähr
zu gleicher Zeit in gerade fortschreitender Weise in das Material eindringen. Es
wird jedoch festgestellt, daß sich der Hauptbohrer nicht drehen muß und die zu schneidende
Fläche nicht eben sein muß. Wenn die Maschine ein Horizontalstollenbohrer ist, wie
in F i g. 1 dargestellt, so liegt die Achse des Hauptbohrers 12 im wesentlichen
horizontal. Wenn die Maschine zur Erzeugung von vertikalen Bohrungen dient, liegt
diese Achse vertikal. Der gesamte Hauptbohrer gemäß F i g. 1 ist auf dem Rahmen
11 auf einem nicht gezeigten Träger gelagert, welcher in bezog auf die Bohrerachse
verschiebbar ist.
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Von der Mitte des Hauptbohrers steht ein nicht drehbares Führungsrohr
15 nach vorn. Dieses Rohr 15 ist ebenfalls am Rahmen 11 geeignet befestigt und weist
einen in Längsrichtung festen rückwärtigen Abschnitt 16, welcher, wie in F i g.
2 gezeigt, in einer Kardanaufhängung gelagert ist, sowie einen in Längsrichtung
ausziehbaren vorderen Abschnitt 17 auf. Der Hauptbohrer 12 ist bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel mit einer mittigen Öffnung versehen, so daß er in bezog auf
den Rohrabschnitt 16 wenigstens ein Spiel zur Ausführung einer:freien Dreh-"und
Längsbewegung besitzt, und es sind nicht gezeigte, geeignete Motoren vorgesehen,
um die gesamte Hauptbohreranordnung 12 kontinuierlich um die Achse des Führungsrohres
zu drehen. Der Hauptbohrerträger, welcher auf dem Rahmen 11 geeignet gleitbar gelagert
ist, ist bei 20 in den F i g. 3 bis 6 dargestellt.
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Ein Führungsbohrer 21 mit einer drehbaren Welle 22 erstreckt sich
durch das Rohr 15 und endet in einem Bohreinsatz 23, welcher einen größeren Durchmesser
besitzt als irgendein anderer Teil des Führungsrohres, welcher vor dem Hauptbohrer
gelegen ist. Dieser Führungsbohrer ist im Führungsrohr geeignet gelagert und dazu
geeignet, sich mit oder unabhängig vom vorderen Abschnitt 17 des Führungsrohres
in Längsrichtung zu bewegen. Es ist ein geeigneter Motor und eine vom Antrieb des
Hauptbohrers unabhängige Antriebseinrichtung vorgesehen, um die Führungsbohrerwelle
22 zu drehen.
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Wie in F i g. 1 gezeigt, weist der vordere Abschnitt des Führungsrohres
einen Verankerungsbereich 24
auf, in welchem eine Reihe von Elementen 30 nach
außen verschoben oder ausgefahren werden können, um die Wand einer Führungsbohrung
zu ergreifen, welche durch den Bohreinsatz 23 gebohrt wurde.
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Gemäß F i g. 2 ist der rückwärtige Abschnitt 16 des Führungsrohres
mit seitlichen Lagerzapfen 25 und 26 versehen, welche in gefluchteten Lagern
27
und 28 eines Trägers 29 drehbar gelagert sind, wobei der Träger seinerseits
mit einander gegenüberliegenden, gefluchteten Lagerzapfen 31 und 32 versehen ist,
welche sich rechtwinklig zu den Lagerzapfen des Führungsrohres erstrecken. In der
Gesteinsbohrmaschine liegen die Lagerzapfen 25 und 26 auf der horizontalen Achse
der Maschine, welche durch die Führungsbohrerwelle 22 verläuft, und die Lagerzapfen
31 und 32 sind vertikal.
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Weiter haben die senkrechten Lagerzapfen 31 und 32 einen abgedichteten
Sitz innerhalb der Zylinderdrehlager bei 33 und 34, so daß die Zwischenräume 35
und 36 als. Druckzylinder dienen, wobei die Lagerzapfen 31 und 32 einen Gleitkolbensitz
in denselben haben. Die Einleitung von Druckmittel wird durch Leitungen 37 und 38
bewirkt, wodurch der gesamte Träger 29 senkrecht eingestellt werden kann, indem
die jeweiligen Drücke in den Kammern 35 und 36 verändert werden.
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Der Rahmen 11 ist im wesentlichen von unten durch Schuhe 41 und 42
gestützt, welche am Boden der Bohrung aufliegen, und, wie in F i g. 2 gezeigt, in
entgegengesetzter Richtung vorstehende Hebeeinrichtungen 43 und 44 greifen fest
an den gegenüberliegenden Wänden der Hauptbohrung 40 an. Jede Hebeeinrichtung weist
einen Kolben 45 auf, welcher gleitbar in einem Zylinder 46 am Rahmen angeordnet
ist und an seinem äußeren Ende einen Greifschuh 47 zur Anlage an der Seitenwand
der Bohrung trägt. Wenn gewünscht, können die Hebevorrichtungen mechanisch und nicht
hydraulisch angetrieben werden oder einen zusammengesetzten Aufbau besitzen.
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In die Zylinder 46 eingeleitetes Druckmittel drückt die Schuhe 47
fest gegen die Seitenwände der Bohrung, um den Rahmen 11 gegen jede Bewegung in
bezog auf die Bohrung zu verankern.
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Wenn die Zylinder 46 horizontal gefluchtet sind, ist ersichtlich,
daß der Rahmen 11 innerhalb der Bohrung nach der einen oder anderen Seite verschoben
werden
kann, indem das Vorstehen der entsprechenden Kolben 45 verändert wird, und diese
seitliche Einstellung des Rahmens 11 wird bei der Lenkung der Maschine verwendet.
Geeignete Steuerungen sind für das Ausfahren und Einziehen der Hebeeinrichtungen
für verschiedene Betriebsphasen gemäß der Erfindung vorgesehen.
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Bei Betrieb wird die in F i g. 1 dargestellte Maschine zu Beginn in
der in F i g. 3 dargestellten Stellung erläutert, in welcher die Führungsbohrung
51 gerade begonnen wurde, wobei der Hauptbohrer 12 nahe der Fläche F des Gesteins
oder anderen Materials angeordnet ist, welches sich vor demselben befindet und gebohrt
werden soll. Die Maschine selbst befindet sich in der Hauptbohrung 52, welche so
groß oder größer als der Durchmesser des Hauptbohrers 12 ist, und die Hebevorrichungen
43 und 44 werden fest gegen die Bohrungswand gesetzt, so daß der Rahmen 11 unbeweglich
ist. Hierbei sind die Hebeeinrichtungen so angeordnet, daß die Achsen des Hauptbohrers
12 und des Führungsbohrers 23 koaxial zur Hauptbohrung verlaufen.
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Zuerst wird der Führungsbohrer 23 in Längsrichtung gemäß F i g. 3
nach rechts vorgeschoben. Während dieses Zeitraumes dreht sich der Führungsbohrer
23 unter Zuführung von Leistung, um die Führungsbohrung 51 zu bohren. Das
Führungsrohr 15 wird in die Bohrung 51 zusammen mit dem Bohrkopf 23 oder, je nach
dem Einzelfall, nach demselben vorgeschoben. In jedem Fall bringt das Führungsrohr
dabei den Verankerungsbereich 24 nach vorn kurz innerhalb des vorderen Endes der
Führungsbohrung 51, und nunmehr wird die Verankerung 24 ausgedehnt, um das Führungsrohr
innerhalb der Führungsbohrung zu verankern.
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Wenn es erwünscht ist, geradeaus ohne Abweichung von der Linie der
Hauptbohrung 52 zu bohren, nachdem das Führungsrohr durch Ausfahren der Verankerung
24 verankert ist, welche beispielsweise aus einer von innen mit Druck versorgten
Gummihülse bestehen kann, welche unter Druck vergrößert wird, um an der Wand der
Führungsbohrung anzuliegen, dann wird der Hauptbohrer 12 in Drehung versetzt. Nunmehr
wird hydraulischer Druck angewendet, welcher zwischen dem gleitbaren Bohrerträger
20 und dem verankerten Führungsrohr zur Wirkung kommt, um den ganzen Hauptbohrer
12 längs des Führungsrohres 15 gegen die Fläche F zu drücken. Während dieses
Vorganges verbleiben der Rahmen 11 und das Führungsrohr 15 fest, und der Hauptbohrer
12 bohrt eine bestimmte Länge der Hauptbohrung während seines Längshubes, während
er an der Fläche F anliegt, wie in F i g. 4 gezeigt. Ein wahlweises und allgemein
angewendetes Bohrverfahren nach Fertigstellung der anfänglichen Führungsbohrung
wird nunmehr beschrieben.
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Nachdem die anfängliche Führungsbohrung ausgeführt ist und das Führungsrohr
15 durch Ausfahren der Verankerung 24 gemäß F i g. 1 verankert ist, werden der Hauptbohrer
12 und der Führungsbohrer 23 in Drehung versetzt. Sodann wird Leistung zugeführt,
welche zwischen dem gleitbaren Bohrerträger 20 und dem verankerten Führungsrohr
15 zur Wirkung kommt, um den Hauptbohrer 12 gegen die Bezugsfläche F und
den Führungsbohrer von dieser Bezugsfläche wegzudrücken. Während dieses Vorganges
verbleiben der Rahmen 11 und das Führungsrohr 15 fest und der Hauptbohrer 12 und
der Führungsbohrer 23 bohren gleichzeitig ein gewünschtes Stück ihrer jeweiligen
Bohrungen. Wie ersichtlich, ist es möglich, die Fortbewegungsgeschwindigkeit dieser
Bohrer zu verändern, so daß der eine der Bohrer 12 und 23 wahlweise langsamer oder
schneller vorbewegt werden kann als der andere, wenn es die Umstände so erfordern.
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Der Aufbau und die Einrichtungen zur Anwendung des Druckes, um den
Hauptbohrer 12 so in die Fläche F vorzuschieben, können aus der gleichen inneren
Kolben- und Zylindereinrichtung bestehen, welche in der USA.-Reissue-Patentschrift
24 965 beschrieben und innerhalb des Rahmens 11 gelagert ist. Das durch die Wirkung
des Hauptbohrers erzeugte große Drehmoment wird von den rechten Hebeeinrichtungen
durch die in F i g. 1 gezeigten Drehmomentgelenke aufgenommen.
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Es sei jedoch angenommen, daß es erwünscht ist, die Richtung der Hauptbohrung
52 zu verändern, um entweder eine neue Richtung zu verfolgen oder die Bohrung wieder
auf die gewünschte Richtung geradeaus nach vorn einzustellen. Die Hebeeinrichtungen
41
und 42 werden eingezogen. Mit ausgefahrenem und bei 24 verankertem
Führungsrohr, wie in F i g. 4 gezeigt, jedoch vor der Vorwärtsbewegung des Hauptbohrers
zur Fläche F, werden die Hebeeinrichtungen durch Regulierung der jeweiligen Drücke
in den gegenüberliegenden Zylindern 46 betätigt, bis der Rahmen 11 nach der Seite
verschoben und in der Hauptbohrung 52 unter einem Winkel angeordnet ist, wie in
F i g. 5 gezeigt. Beispielsweise wird, wie in F i g. 5 gezeigt, die Hebeeinrichtung
43 verlängert und die Hebeeinrichtung 44 verkürzt, um den Rahmen 11 und den sich
drehenden Hauptbohrer 12 insgesamt auf die rechte Seite des Bohrungsendes
in dem allgemein bei 24 gemitteten Bogen zu verschieben. Wenn der Bohrer nach der
Seite verschoben wird, schneiden die Umfangsschneiden 14' in die Seitenwand der
Bohrung, wie in F i g. 5 gezeigt.
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Da die senkrechten Lagerzapfen 31, 32 das sonst feste rückwärtige
Ende des Führungsrohres lagern, wird dadurch die Winkelstellung des Führungsrohres
in der Querebene innerhalb der Führungsbohrung 51 verändert, was möglich ist, da
das Führungsrohr 15 einen ausreichend kleineren Durchmesser besitzt als die Führungsbohrung,
wobei das Führungsrohr 15 um den Verankerungspunkt 24 verschwenkt wird, der in dem
zu bohrenden Material von der Fläche F nach vorn zu liegt. Diese geneigte Lage des
Rohres 15 ist in F i g. 5 übertrieben dargestellt.
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Während sich die Bohrer 12 und 23 drehen, wird der Reaktionsdruck
zwischen dem verankerten Führungsrohr und dem Bohrerträger 20 angewendet, welcher
in bezug auf den Rahmen 11 durch eine Kraft nach vorn gezogen wird, die parallel
zur neuen, geneigten Achse des Führungsrohres wirkt. Während sich der verschwenkte
Hauptbohrer vorschiebt, schneidet er auf seiner rechten Seite gemäß F i g. 5 mit
seinem Umfang durch die Schneiden 14 in die Fläche F, und bald bohrt der Bohrer
12 wieder die volle Hauptbohrung, während gleichzeitig mit dieser Wirkung des Hauptbohrers
der Führungsbohrer ebenfalls eine der neuen geneigten Achse des Führungsrohres entsprechende
Korrektur bohrt. Die Bohrer 12 und 23 werden nun in axialer Fluchtung mit der Achse
des geneigten, verankerten Führungsrohres 15 nach vorn gezogen, wie in gestrichelten
Linien bei 12' und 23' in F i g. 5 gezeigt.
Während des weiteren
Betriebes hat sich die Achse der Hauptbohrung verändert, wie in F i g. 6 gezeigt,
und das Bohren der Hauptbohrung wird in dem winkelmäßig versetzten Abschnitt 52'
fortgesetzt, während der Hauptbohrer 12 zur Verankerung vorgezogen wird. Es wird
festgestellt, daß die Abweichungsrichtung des neuen Bohrungsabschnittes 52' der
Verschiebungsrichtung des Rahmens 11 entgegengesetzt ist.
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Aus dem Voranstehenden ist zu entnehmen, daß der tatsächliche Drehungswinkel
verhältnismäßig klein ist, jedoch kann der Drehvorgang vielfach wiederholt werden,
um unter Umständen die gewünschte Wiederausrichtung der Bohrung zu erzielen. Der
Drehungswinkel und andere Merkmale sind in den F i g. 5 und 6 zum Zweck der Erläuterung
übertrieben dargestellt. Nach jedem Vorrücken der Bohrer 12 und 23, wie beschrieben,
werden die Hebeeinrichtungen gelockert, und der Rahmen 11 wird längs des Hauptbohrerträgers
vorgeschoben, wie in F i g. 6 gezeigt.
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Die beschriebene Lenkung bewirkt eine Drehung in der horizontalen
Richtung, wenn die Bohrung horizontal verläuft. Zur Ausführung einer Drehung in
der vertikalen Richtung, um eine neue Neigung zu verfolgen, werden die Drücke des
Druckmittels in den Zylindern 35 und 36 so eingestellt, daß das rückwärtige Ende
des verankerten Führungsrohres nach oben oder unten geneigt wird, je nach dem besonderen
Fall, und sodann werden der Rahmen und der Hauptbohrer 12 nach innen gegen die Fläche
des Materials gezogen, wie vorher beschrieben. Dabei werden sie insgesamt um den
Verankerungspunkt innerhalb des Materials bei 24 verschwenkt. Eine Kombination dieser
Lenkungsverschiebungen erzeugt eine Änderung der Bohrungsachse in jeder gewünschten
Richtung.
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In F i g: 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem
ein breiter Hauptbohrer 61 drehbar und gleitbar auf einem geeigneten, mit 62 bezeichneten
Träger gelagert ist. Vom Hauptbohrer fest nach vorn stehend und mit diesem drehbar
ist ein einstückiger Führungsbohrerschaft 63 mit einem Bohrkopf 64 von größerem
Durchmesser als der Schaft, um eine Führungsbohrung 65 zu bilden. Ein geeigneter,
nicht gezeigter Antrieb ist vorgesehen, um den Hauptbohrer 61 zu drehen.
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Kolbenbetätigte Hebeeinrichtungen 66 und 67, welche den in dem vorangehenden
Ausführungsbeispiel beschriebenen ähnlich sind, stehen seitlich aus dem Träger 62
vor, um an den Seitenwänden der Hauptbohrung 68 anzuliegen. Das rückwärtige Ende
der Hauptbohrerwelle 69 ist m einer Hülse 71 drehbar gelagert, und ausfahrbare hydraulische
Gelenke 72 und 73 sind an entgegengesetzten Enden schwenkbar mit der Hülse 71 und
dem Rahmen 62 verbunden und dienen als Einrichtungen zum Vorschieben des Bohrers
61 in bezug auf den verankerten Rahmen 62.
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Wenn die Hebeeinrichtungen 66 und 67 fest an der Bohrungswand anliegen,
werden die Gelenke 72 und 73 verkürzt, um den sich drehenden Bohrer 61 direkt in
die Materialfläche hineinzuschieben. Wenn es erwünscht ist, eine Drehung auszuführen,
so wird die eine oder andere der Hebeeinrichtungen 66 und 67 verkürzt und die andere
verlängert, und dadurch wird die gesamte Anordnung einschließlich des Trägers 62
und des Bohrers 61 seitlich verlagert, um die Anordnung um einen etwa bei 75 gelegenen
Auflagepunkt zu verschwenken, an welchem der Führungsbohrerkopf innerhalb der Führungsbohrung
65 vor der Fläche 76 des zu schneidenden Materials angeordnet ist. Wenn sodann der
Hauptbohrer 61 angetrieben und in das Material gedrückt ist, ist die weitere
durch den Hauptbohrer gebohrte Bohrung unter einem Winkel zur Bohrung 68 angeordnet,
welcher der eingestellten Richtung des Schaftes 63 entspricht.
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F i g. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher eine in jeder
Richtung verschwenkbare Hülse 81 innerhalb der Führungsbohrung vorgesehen sein kann,
um den Schwenkpunkt der Maschine vor der Fläche 76 zu bilden, um welchen die gesamte
Bohreinrichtung verschwenkt wird, um die Richtung der Bohrachse zu verändern. Vorzugsweise
sitzt die Hülse 81 locker auf dem Schaft 63 und hat eine bogenförmige Umfangsfläche
bei 82, um sich leicht zu verschwenken, wenn der Schaft verschwenkt wird. Ein Haltering
80 auf der Welle sichert die Lage der den Schwenkpunkt bildenden Hülse 81 nach vorn.
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Gemäß F i g. 9 ist der Rahmen 11 in der gebohrten Bohrung
40 durch eine Mehrzahl von am Umfang angeordneten Hebeeinrichtungen 83 gelagert,
welche bei richtiger Einstellung die Mitte der Welle 22 in Fluchtung mit der Mitte
der Welle 40 anordnen.
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Wie in F i g. 2 ragen die senkrechten Lagerzapfen 31 und 32 in die
Kolbenzylinder 35 und 36, so daß ein unterschiedlicher Druck in diesen Zylindern
den Träger 29 des rückwärtigen Endes des Führungsrohres in vertikaler Richtung verschieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Führungsrohr 15 in ähnlicher Weise mit horizontalen
Lagerzapfen 84 und 85 versehen, welche ebenfalls als Kolben in Druckzylinder 86
bzw. 87 passen, welchen Luft oder eine hydraulische Flüssigkeit unter Druck durch
die Leitungen 88 bzw. 89 zugeführt wird. Das dargestellte Ausführungsbeispiel druckmittelbetätigter
Einrichtungen zur Verschiebung des Trägers 29, wodurch die Lenkung bewirkt wird,
kann gleichermaßen durch mechanische Einrichtungen ersetzt werden, beispielsweise
durch mit Gewinde versehene oder durch Winkelhebel betätigte Einrichtungen an den
Lagerzapfen 31, 32, 84 und 85 an Stelle der Einleitung von Druckmittel in einen
Zylinder.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die an den Ecken befindlichen,
an den Bohrungswänden anliegenden Hebeeinrichtungen 83 durch die Lenkung nicht beeinflußt.
Anstatt dessen werden die verschiedenen horizontalen und/oder vertikalen Verschiebungen
des Hauptbohrers und des Führungsrohres zwecks Lenkung durch Steuerung der unterschiedlichen
Drücke an den Lagerzapfenenden bewirkt. Besondere Beispiele Die beschriebenen Grundlagen
werden auf besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung angewendet. Diese Grundlagen
sind in den F i g. 10 bis 16 erläutert und dargestellt. Diese besonderen Anwendungen
beruhen auf einer besonderen Abmessung der Maschine sowie auf der Annahme, daß die
Führungsverankerung in der Maschine voll ausgefahren wird. Dieser Zustand ergibt
daher einen bestimmten maximalen Winkel, innerhalb dessen die Lenkungskorrektur
stattfinden kann. Insofern dieser Winkel jedoch eine Funktion des Zwischenraumes
zwischen dem
Führungsrohr 15 und der Führungsbohrung 51 ist, ist
aus F i g. 5 zu ersehen, daß der mögliche Korrekturwinkel um so größer wird, je
dichter sich die Führungsverankerung 24 am Hauptbohrer 12 befindet. Da eine alle
möglichen Variationen angebende Tabelle im Rahmen dieser Beschreibung zu kompliziert
ist, werden nur zwei grundlegende Beispiele erläutert, aus welchen die Erfindung
in jeder Hinsicht klar wird, wobei die Bemerkung genügt, daß eine größere Anzahl
von kurzen Vorschüben unter größeren Korrekturwinkeln eine kürzere Kurve und auch
eine kürzere Gesamtvorschubstrecke für jede gewünschte Korrektur eines gemessenen
Fehlers ergibt. Beispiel 1 F i g. 10 zeigt schematisch einen Zustand, welcher innerhalb
einer Bohrung mit einer Maschine einer der in den F i g. 1 bis 9 gezeigten Arten
herrscht, wobei die Maschine 90 einen auf einem Träger 92 innerhalb einer Bohrung
mit einer gewünschten Mittelachse 93 gelagerten Hauptbohrer 91 aufweist. Der vorstehende
Führungsbohrer 94 ist in einer Führungsbohrung in dem Material vor der zu bohrenden
Fläche angeordnet, innerhalb welcher sich der Verankerungspunkt 95 befindet, der
beispielsweise dem Punkt 24 in den F i g. 3 bis 6 und dem Punkt 75 in F i g. 7 entspricht.
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Die Maschine ist von der gewünschten Bohrungsachse 93 nach links abgewichen,
und die neue Maschinenachse ist mit 96 bezeichnet und verläuft unter einem gemessenen
Winkel von 36 Minuten in bezug auf die Achse 93. Wenn sich die Maschine genau auf
der Bohrungsachse befände, würde der Punkt 95 auf der Achse 93 liegen, in dem dargestellten
Zustand hat der Punkt 95 jedoch eine gemessene seitliche Verschiebung von 23,9 cm,
welche mit - 9,4 angegeben wird, da sie in F i g. 10 nach links gerichtet ist. Eine
Verschiebung nach rechts würde mit einem +-Zeichen versehen werden.
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Das Problem besteht im wesentlichen in einer Rückstellung des Verankerungspunktes
95 auf die gewünschte Bohrungsachse 93 und in der Zusammenführung der Achse 96 mit
der Achse 93, und dies wird in der folgenden Weise durchgeführt.
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Bei diesem Beispiel wird gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung
die Gesamtkorrektur in einer Reihe von schrittweisen Drehungen bewirkt, wobei während
jeder dieser Drehungen die Maschine um einen kleinen Winkel um ihren Verankerungspunkt
95 verschwenkt und vorgerückt wird, um die Bohrung über den vollen Längshub des
Hauptbohrers zu bohren.
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Die jeweiligen schrittweisen Drehwinkel werden gewöhnlich auf einen
willkürlich gewählten Normal-Drehungsradius für eine bestimmte Maschine oder einen
bestimmten Maschinentyp bezogen. Im vorliegenden Beispiel zeigt F i g.11 eine Reihe
von aufeinander bezogenen schrittweisen Drehwinkeln für verschiedene Drehradien,
wobei der Hauptbohrerhub zwischen jeder seitlichen Verschiebung der Maschine 46
cm beträgt.
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Um nun die sogenannten Normaldaten auf das vorliegende Problem anzuwenden,
wird jeder schrittweise Drehwinkel zu 12 Minuten gewählt, und die nötige Anzahl
von Drehschritten kann aus F i g. 13 entnommen werden. F i g. 13, 14 und 15 beruhen
auf einem Normal-Drehradius von 131,002 m, Drehschrittwinkeln von 12 Minuten und
einem Hauptbohrerhub von 46 cm. So sind zunächst unter Bem ziehung auf F i g. 13
zur Korrektur einer Winkelabweichung von 36 Minuten drei Drehschritte erforderlich.
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In bezug auf die F i g. 10 und 12 wird bemerkt, daß bei Verschwenkung
der Maschine im Uhrzeigersinn um den ersten Winkel von 12 Minuten um den Punkt 95
der Hauptbohrer gleichzeitig in dieser Richtung und weg von der gewünschten Bohrungsachse
93 verlagert wird. Dadurch wird die tatsächliche seitliche Verschiebung des Punktes
95 während dieses Vorganges vergrößert, und die erhöhte seitliche Verschiebung infolge
des Korrekturvorganges kann aus F i g. 14 entnommen werden. Für drei Drehschritte
beträgt dabei die zusätzliche seitliche Verschiebung etwa 16,51 mm, und dieser Betrag
wird zu der vorhandenen Verschiebung von 23,87 cm addiert, um eine gesamte seitliche
Verschiebung von etwa 25,4 cm während der Korrektur zu erhalten.
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Aus F i g. 15 ist ersichtlich, daß für eine seitliche Verschiebung
von 25,4 cm die Anzahl von erforderlichen Schritten zur Paralleleinstellung neun
Schritte nach rechts und neun Schritte nach links beträgt, d. h. neun Schritte,
bei welchen die Maschine um 12 Minuten nach rechts gemäß F i g. 12 verschoben wird,
sodann der Hauptbohrer sich um 46 cm vorbewegt, dann die Maschine 12 Minuten nach
rechts verschoben wird usw., bis ein Zyklus von neun Schritten nach rechts vollendet
ist. Sodann wird die Maschine neun Schritte nach links verschoben.
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Aus F i g. 12 ist ersichtlich, warum diese aufeinanderfolgenden Verschiebungen
notwendig sind, da angenommen werden kann, daß während der ersten drei Schritte
der Verankerungspunkt 95 längs des mittleren Bogens mit dem Radius a' von 131,002
m in Richtung von der gewünschten Achse 93 weg verschoben wird und sodann nach Erreichen
des entferntesten Punktes 100 während der nächsten neun Schritte die Maschine nach
rechts über einen Abstand von
und dann während der letzten neun Schritte nach links über einen Abstand von
verschoben wird, um den Punkt 95 wieder mit der Achse 93 an der Stelle 101 zusammenfallen
zu lassen, zu welchem Zeitpunkt die Achse 96 der Maschine wieder mit der Achse 93
der Bohrung zusammenfällt. Beispiel II Bei diesem Beispiel werde angenommen, daß
die Maschine 90 in F i g. 10 nach rechts gemäß F i g. 10 und 16 von der gewünschten
Bohrungsachse 93 abgewichen ist, so daß der Schwenkpunkt 95' vor der zu bohrenden
Fläche eine gemessene seitliche Verschiebung von 20,32 cm aufweist und unter einem
Winkel von -48 Minuten angeordnet ist, wobei die Achse schematisch bei 104 in F
i g. 10 dargestellt ist.
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In F i g. 12 stellt die Strecke b die erhöhte seitliche Abweichung,
die Strecke c die gemessene Abweichung und die Strecke e die maximale seitliche
Abweichung dar.
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Aus F i g. 13 ist ersichtlich, daß vier schrittweise Drehungen oder
Einstellungen von je 12 Minuten erforderlich sind, und aus F i g. 14 ist zu entnehmen,
daß die erhöhte seitliche Abweichung während der Korrektur 2,54 cm beträgt. Aus
F i g. 15 ist zu entnehmen, daß bei Anwendung einer gesamten seitlichen Korrektur
von 22,86 cm die Gesamtanzahl
von erforderlichen Schritten 82 Schritte
nach links und 82 Schritte nach rechts beträgt.
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Da jedoch die Maschinenachse 104 bereits unter einem Winkel von 48
Minuten gegen die gewünschte Achse 93 geneigt ist, ist die Lage praktisch die gleiche,
wie sie am Punkt 100 bei der Korrektur gemäß Beispiel I bestand, mit der Ausnahme,
daß die Maschine bereits entsprechend um vier Schritte in der richtigen Richtung
verschoben ist. Dies wird von den ersten 82 Schritten abgezogen, und es verbleiben
42 Schritte, wie in F i g. 16 gezeigt. Daher umfaßt der Zyklus zuerst 42 Schritte,
während welcher die Maschine um ihren Verankerungspunkt 95' zur Achse 93 hin verschwenkt
wird, und sodann 82 Schritte von der Achse 93 weg, wobei am Ende dieses Vorganges
der Punkt 95' auf der gewünschten Bohrungsachse liegt und die Maschinenachse mit
der gewünschten Bohrungsachse zusammenfällt.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird zwar die Hauptbohrung
in allgemein horizontaler Richtung angenommen. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung
auch auf die Lenkung von Maschinen zur Bohrung von Hauptbohrungen in einer senkrechten
Richtung oder unter irgendeinem zwischen der Horizontalen und der Vertikalen liegenden
Winkel angewendet werden kann, wobei sich die Erfindung im wesentlichen auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Lenkung der Maschine bezieht, um Änderungen in
der Hauptbohrungsrichtung zu bewirken. Wenn die Bohrung vertikal verläuft, wird
der Rahmen 11 aufgehängt und seine Ausrichtung in bezug auf die Bohrung durch geeignete,
um denselben herum angeordnete Hebeeinrichtungen der beschriebenen Art gesteuert.
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Weiter ist zwar ein drehbarer Hauptbohrer der beiden Ausführungsbeispiele
gezeigt. Die Erfindung betrifft jedoch auch Maschinen mit irgendeiner Flächenbohreinrichtüng,
mit hin- und herbewegbaren oder schwingenden Bohrorganen in der Hauptbohreinrichtung.
Die Erfindung ist daher unabhängig von der Art des Hauptbohrers.
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Außerdem ist zwar ein drehbarer Führungsbohrer beschrieben worden.
Die Erfindung ist jedoch un-. abhängig von der besonderen Einrichtung, welche zur
Ausbildung der Führungsbohrung verwendet wird, da auch hin- und herbewegbare oder
unabhängige Führungsbohrer angewendet werden können.
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Weiter ist zwar die Fläche F als ebene Fläche dargestellt. Es wird
jedoch festgestellt, daß sie irgendeine vom Hauptbohrer abhängende Form besitzen
kann, beispielsweise kann sie konisch sein, wenn der Hauptbohrer eine konische Anordnung
von Bohrereinsätzen oder Bohrerschneiden aufweist.
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Während sich die besonderen erfindungsgemäßen Beispiele im wesentlichen
auf Korrekturmerkmale beziehen, ist aus F i g. 11 zu entnehmen, daß die Maschine
auch so betrieben werden kann, daß sie eine Bohrung in einem vorgegebenen Bogen
bohrt, indem nacheinander kleine Winkelverschiebungen der Maschine und Vorschübe
des Hauptbohrers durchgeführt werden. Wenn gewünscht, kann eine Sonde an der Spitze
der Maschine angeordnet werden, um eine Bohrungsabweichung von einer gewünschten
Richtung anzuzeigen und selbsttätig einen Korrekturvorgang, wie beschrieben, auszulösen.