DE19514288A1 - Bohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit derartigen Bohrgeräten wird üblicherweise so gearbeitet, daß zunächst bei stillstehendem Bohrrohrstrang die Bohr­ stange um ein Stück axial zugestellt wird, so daß der Bohrkopf das Bohrloch ein entsprechendes Stück nach unten verlängert. Anschließend wird der Bohrrohrstrang unter Drehen und Ausüben axialen Drucks eine entsprechende Strecke nachgeschoben, wozu das obere Ende des Bohrrohr­ stranges vorübergehend mit dem Antriebskopf verbunden wird, wobei man gleichzeitig die axiale Mitnahme der Bohrstange durch den Antriebskopf aufhebt. In Abständen werden an die Bohrstange und an den Bohrrohrstrang neue Bohrstangensegmente bzw. Bohrrohrsegmente angesetzt. Auf diese Weise kann man Bohrlöcher erzeugen, die um ein Vielfaches tiefer sind als die Länge des Mäklers.

Nach Fertigstellung des Bohrloches wird unter Abbrechen der Bohrstange in ihre einzelnen Segmente der Bohrkopf wieder über die Erdoberfläche hochgefahren. Durch den Bohrrohrstrang wird Beton eingebracht und der Bohrrohr­ strange wird unter Drehen und Ausüben axialen Zuges aus dem Bohrloch herausgezogen, wobei er in die einzelnen Bohrrohrsegmente zerlegt wird.

Die beim Ziehen des Bohrrohrstranges für den auf den An­ triebskopf arbeitenden Linearantrieb bereitzustellende Reaktionskraft wird im wesentlichen durch das Gewicht des Mäklers und das Gewicht eines das Bohrgerät tragenden Fahrzeuges bereitgestellt. Aus Kostengründen und im Hin­ blick auf eine leichte Verfahrbarkeit des Bohrgerätes wäre es nun wünschenswert, wenn man auch lange Bohrrohr­ stränge unter Verwendung eines Bohrgerätes zuverlässig ziehen könnte, welches nur einen kurzen und damit leichten Mäkler und nur ein verhältnismäßig leichtes Fahrgestell aufweist.

Um dies zu ermöglichen, wird durch die Erfindung ein Bohr­ gerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen geschaf­ fen.

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät ist am unteren Ende des Mäklers ein Stützzylinder vorgesehen, der beim Ziehen des Bohrrohrstranges mit Druck beaufschlagt wird und so durch direkte Krafteinwirkung auf den Mäkler die vom Linearantrieb zum Ziehen benötigte Reaktionskraft bereit­ stellt. Auf diese Weise kann man auch lange Bohrrohrstränge, die über eine sehr große Fläche mit dem Erdreich in Berührung stehen, unter Anwendung hoher Zugkraft aus dem Bohrloch herausziehen, ohne daß entsprechende große Kräfte über das Fahrwerk des Bohrgerätes abgeleitet zu werden bräuchten. Die Kraftableitung erfolgt bei dem erfindungs­ gemäßen Bohrgerät auch unter nur geringen Kippmomenten, da das untere Ende des Mäklers der Bohrlochachse nahe benachbart ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 gewährleisten, daß man für das Ziehen eines Bohr­ rohrstranges zumindest eine gleich große axiale Kraft zur Verfügung hat wie für das Hineindrücken des Bohrrohr­ stranges in das Erdreich.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 er­ hält man ein nur geringes Eindringen des unteren Endes des Stützzylinders in das Erdreich.

Bildet man die Stützplatte gemäß Anspruch 6 aus, so kann man die vom Stützzylinder abgeleiteten Reaktionskräfte besonders großflächig in unmittelbarer Nachbarschaft der Bohrlochachse ins Erdreich ableiten.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 erhält man automatisch einen Ausgleich zwischen der beim Ziehen eines Bohrrohrstranges vom Linearantrieb erzeugten Ziehkraft und der vom Stützzylinder auf das untere Ende des Mäklers ausgeübten Kraft. Dabei wird der vom Druckregler eingestellte Wert im Hinblick auf die jeweils druckbeaufschlagten Flächen der Hydraulik­ zylinderanordnung des Linearantriebes und des Stütz­ zylinders gewählt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Bohrgerätes; und

Fig. 2 bis 6 schematische Blockschaltbilder verschie­ dener Ausführungsformen desjenigen Teiles der Hydraulik des Bohrgerätes nach Fig. 1, welche für das axiale Nachuntendrücken und das axiale Herausziehen eines Bohr­ rohrstranges benötigt werden.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Bagger-Fahrwerk bezeichnet, welches über ein Zylinderfachwerk 12 einen Mäkler 14 trägt.

Auf dem Mäkler 14 ist ein insgesamt mit 16 bezeichneter Antriebskopf verfahrbar, der einen Antriebsmotor 18 auf­ weist. Letzterer arbeitet auf einen nicht im einzelnen wiedergegebenen Antriebsteller, der mit einer Bohrstange 20 zusammenarbeitet. Diese trägt am unteren Ende einen Bohrkopf 22.

Mit dem in der Zeichnung nicht wiedergegeben Antriebsteller ist eine Antriebsglocke 24 drehschlüssig verbunden, die ihrerseits mit dem oberen Ende eines Bohrrohrsegmentes 26 zur gemeinsamen Drehung und zur gemeinsamen axialen Bewegung verbindbar ist.

Der gesamte Antriebskopf 16 ist durch einen langen Hydrau­ likzylinder 28 in vertikaler Richtung verstellbar, um die Bohrstange und den von dieser getragenen Bohrkopf in das Erdreich hineinzudrücken oder aus diesem herauszuziehen bzw. bei Ankopplung eines obersten Bohrrohrsegmentes 26 eines Bohrrohrstranges den Bohrrohrstrang zu drehen und entweder in das Erdreich hineinzudrücken oder aus diesem herauszuziehen.

Am unteren Ende des Mäklers 14 ist ein Stützzylinder 30 angebracht. Dessen Kolbenstange ist mit einer Stützplatte 32 verbunden, welche eine in Fig. 1 nach rechts offene Ausnehmung 34 aufweist, so daß die Stützplatte mit zwei Gabeln das oberste Bohrrohrsegment 26 umgreift.

Fig. 2 zeigt die Hydraulik zur Versorgung des Hydraulik­ zylinders 28 und des Stützzylinders 30.

Die Arbeitsöffnungen des Hydraulikzylinders 28 sind über ein 4/3-Magnetventil 36 mit der Förderseite einer Hydraulik­ pumpe 38 bzw. einer Rücklaufleitung 40 verbindbar, die zu einem Vorratsbehälter 42 für Hydrauliköl führt, aus welchem die Hydraulikpumpe 38 ansaugt.

Ähnlich sind die Arbeitsöffnungen des Stützzylinders 30 über ein 4/3-Magnetventil 44 mit der Förderseite einer Hydraulikpumpe 46 bzw. einer Rücklaufleitung 48 verbunden die zu einem Vorratsbehälter 50 führt, aus welchem die Hydraulikpumpe 46 ansaugt.

Die Ansteuerung der Magnetventile 36 und 44 erfolgt durch eine Steuereinheit 52, die in Abhängigkeit von zwei als Schaltern dargestellten Fühlern 54, 56 arbeitet.

Der Fühler 54 erzeugt dann ein Ausgangssignal, wenn der Antriebskopf 16 nach unten bewegt wird, und dieser Fühler kann z. B. einfach an einen entsprechenden Steuerhebel im Fahrerhaus des Fahrwerkes 10 angekoppelt sein. Der Fühler 56 erzeugt immer dann ein Ausgangssignal, wenn das obere Ende eines Bohrrohrsegmentes 26 mit der Antriebsglocke 24 verbunden ist. Es kann sich hierbei um einen Fühler handeln, der in den Antriebskopf 16 integriert ist, oder auch um einen von Hand im Fahrerhaus des Fahrwerkes 10 betätigten Schalter.

Die Steuereinheit 52 erzeugt auf einer ersten Ausgangs­ leitung 58 immer dann ein Signal, wenn der Hydraulikzylin­ der 28 ausgefahren wird, also ein Nachuntenbewegen des Bohrkopfes oder des Bohrrohrstranges angefordert wird.

Die Steuereinheit 52 erzeugt ferner auf einer zweiten Ausgangsleitung 60 immer dann ein Signal, wenn der Hydrau­ likzylinder 28 eingefahren werden soll, also entweder die Bohrstange oder das Bohrrohr aus dem Bohrloch heraus­ gezogen werden soll.

Schließlich erzeugt die Steuereinheit 52 auf einer dritten Ausgangsleitung immer dann ein Signal, wenn ein Einfahren des Hydraulikzylinders 28 angefordert wird, und gleich­ zeitig das Ausgangssignal des Fühlers 56 anzeigt, daß das obere Ende des Bohrrohrstranges mit dem Antriebskopf 16 gekoppelt ist.

Wird ein Ausfahren des Hydraulikzylinders 28 angefordert, so stehen bei der gezeigten Beschaltung und Ausbildung des Magnetventiles 44 beide Arbeitsöffnungen des Stütz­ zylinders 30 mit der Rücklaufleitung 48 in Verbindung. Wird der Hydraulikzylinder 28 nur zum Hochholen der Bohr­ stange eingefahren (Steuersignal auf der zweiten Ausgangs­ leitung 60), so ist der Stützzylinder 30 hydraulisch ver­ riegelt. Nur dann, wenn zum Ziehen des Bohrrohrstranges die dritte Ausgangsleitung 62 von der Steuereinheit 52 mit Signal beaufschlagt wird, wird der obere Arbeitsraum des Stützzylinders 30 mit Druck beaufschlagt, so daß auf den Mäkler 14 eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt wird, die als Reaktionskraft für das Ziehen des Bohrrohr­ stranges vom Hydraulikzylinder 28 benötigt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zusätzlich zum Hydraulikzylinder 28 ein Hydraulikzylinder 28′ vorgesehen, der über ein weiteres 4/3-Magnetventil 36′ mit dem Ausgang der Hydraulikpumpe 38 bzw. der Rücklaufleitung 40 verbind­ bar ist. Die Ansteuerung des Magnetventiles 36′ erfolgt analog zur Ansteuerung des Magnetventiles 36, so daß beide Hydraulikzylinder gleichsinnig ihre Länge ändern. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist aber der Hydraulikzylinder 28′ in umgekehrter Orientierung angebracht wie der Hydrau­ likzylinder 28, und auf diese Weise hat man für das Nach­ untenbewegen des Antriebskopfes 16 und sein Nachobenbewegen insgesamt gleich große druckbeaufschlagte Flächen. Damit ist die beim Ziehen eines Bohrlochstranges zur Verfügung stehende Kraft nicht kleiner als die beim Eindrücken des Bohrrohrstranges aufgewandte Kraft.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 entspricht weitgehend demjenigen nach Fig. 3 mit dem Unterschied, daß für das Eindrücken des Bohrlochstranges der Hydraulikzylinder 28′ nicht mit Druck beaufschlagt wird. Durch entsprechende Ausbildung des Magnetventiles 36′ sind beim Ausfahren des Hydraulikzylinders 28 die beiden Arbeitsräume des Hydrau­ likzylinders 28′ beide mit der Rücklaufleitung 40 verbunden. Das Hineindrücken des Bohrrohrstranges ins Erdreich erfolgt somit ausschließlich durch den Hydraulikzylinder 28, während für das Ziehen des Bohrrohrstranges die beiden mechanisch parallel geschalteten Hydraulikzylinder 28 und 28′ wirksam sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird durch das ein Ziehen des Bohrrohrstranges wiedergebende Ausgangssignal auf der dritten Ausgangsleitung 62 zugleich eine Drehzahl steuerklemme eines Antriebs 64 im Sinne einer Drehzahler­ höhung beaufschlagt, und auf diese Weise ist der den Ar­ beitsräumen der Hydraulikzylinder 28, 28′ aufgeprägte Druck beim Ziehen eines Bohrrohrstranges größer als beim Hineindrücken des Bohrrohrstranges ins Erdreich.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist ein abgewandel­ ter Hydraulikzylinder 28′′ vorgesehen, der zwei in einem gemeinsamen Zylinder in entgegengesetzter Richtung beweg­ bare Kolben aufweist. Der zwischen diesen liegende eine Arbeitsraum des Hydraulikzylinders 28′′ ist mit dem einen Arbeitsanschluß des Magnetventiles 36 verbunden, während die durch die Kolbenrückseiten begrenzten ring­ förmigen Arbeitsräume beide an die andere Arbeitsöffnung des Magnetventiles 36 angeschlossen sind.

Diese ringförmigen Arbeitsräume des Hydraulikzylinders 28′′ sind ferner über einen Druckregler 66 und ein Rück­ schlagventil 68 mit dem oberen Arbeitsraum des Stützzylin­ ders 30 verbunden. Das Rückschlagventil 68 öffnet in Richtung zum Stützzylinder 30, und der Öffnungsdruck des Druckreglers 66 ist so gewählt, daß unter Berücksich­ tigung der beim Ziehen eines Bohrrohrstranges insgesamt beaufschlagten Druckangriffsflächen von Hydraulikzylinder 28′′ und Stützzylinder 30 ein Kraftausgleich erhalten wird, das heißt, die vom Stützzylinder 30 erzeugte Kraft gleich der vom Hydraulikzylinder 28′′ erzeugten Kraft ist.

Claims (7)

1. Bohrgerät zum Erzeugen tiefer Bohrlöcher unter Verwen­ dung eines von einer segmentierten Bohrstange (20) getra­ genen Bohrkopfes (22) und eines segmentierten Bohrrohr­ stranges (26), mit einem Mäkler (14), mit einem auf dem Mäkler verfahrbaren Antriebskopf (16) zum wahlweisen Drehen und axialen Bewegen der Bohrstange (20) bzw. des Bohrrohr­ stranges (26) und mit einem vom Mäkler (14) getragenen Linearantrieb (28) zum Bewegen des Antriebskopfes (16) längs des Mäklers (14), dadurch gekennzeichnet, daß beim unteren Ende des Mäklers (14) ein Stützzylinder (30) angebracht ist, der dann im Sinne einer Verlängerung mit Druckmittel beaufschlagt wird, wenn der Linearantrieb (28) zum Ziehen des Bohrrohrstranges (26) angesteuert wird.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb (28) für das Ziehen des Bohr­ rohrstranges (26) mindestens gleiche, vorzugsweise höhere Abtriebskraft bereitstellt als für das Nachuntendrücken des Bohrrohrstranges (26).

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb mindestens einen Hydraulikzy­ linder (28) aufweist, der von einer druckumschaltbaren Druckmittelquelle (46, 64) gespeist wird.

4. Bohrgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Linearantrieb mindestens zwei Hydraulik­ zylinder (28, 28′) aufweist, von denen mindestens einer (28′) nur für das Anheben des Antriebskopfes (18) mit Druck beaufschlagt wird.

5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Stützzylinders (30) mit einer Stützplatte (32) verbunden ist.

6. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (32) eine den Bohrrohrstrang (26) umgreifende Ausnehmung (34) aufweist.

7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearantrieb (28) eine Hydraulikzylinderanordnung (28′′) aufweist und ein Ar­ beitsraum der Hydraulikzylinderanordnung (28′′), der beim Einfahren des Abtriebsteiles des Linearantriebes mit Druck beaufschlagt wird, über einen Druckregler (66) mit dem Arbeitsraum des Stützzylinders (30) ver­ bindbar ist, wobei dem Druckregler (66) vorzugsweise ein in Richtung zum Stützzylinder (30) hin öffendes Rückschlagventil (68) in Reihe nachgeschaltet ist.