DE2341163C3 - Schlagbohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schlagbohrgerät, das in einem Bohrrohr einen durch eh auch für die Bohrlochspülung eingesetztes Druckmittel betätigbaren, gleitend verschiebbaren Tieflochantrieb mit einem Hammermechanismus für einen Schlagbohrkopf aufweist, wobei der Tieflochantrieb mit einem Kopf versehen ist, von welchem aus Druckmittelkanäle zu der Stirnfläche des Schlagbohrkopfes hin verlaufen.

Tief lochantriebe mit einem llammermechanismus für <><> die Sdilagbohrkrone sind beispielsweise durch die DT-PS 9b^r)3^L)3 oder die US-I'S 17 17 271 bekannt. Dabei wird der Hummcrmcchanismus bei den bekannten Air>führungsformen durch ein Druckmittel, vorzugsweise curch Druckluft angetrieben.

Ks st auch schon bekannt, vergleiche DI-OS 27 b72 und DT-PS 4 31 7bl, das für den Antrieb des llamiru'i'mechanismus für den Schlagbohrkopf notwen

<>5 dige Druckmittel gleichzeitig zur Bohrlochspülung heranzuziehen, um das »Bohrklein« rund um die Bohrstange wegzuspülen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bohrgerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß einerseits ein schneller Ein- und Ausbau erfolgen kann, indem der Antrieb mit dem Hammermechanismus als für sich entfernbare Einheit ausgebildet wird, wobei bei einer einfachen Konstruktion eine einwandfreie Führung des Tieflochantricbes bei gleichzeitig guter Kraftübertragung auf das Bohrrohr erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Schlagbohrgerät der vorgenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kopf des Tieflochantriebes als in dem Bohrrohr geführter Gleitkolben ausgebildet ist und daß in den Druckmittelkanälen i'es Kopfes unter Federvorspaniiung stehende Drosselventile angeordnet sind.

Durch die Kombination dieser Merkmale wird ein Schlagbohrgerät mit einem Tieflochantrieb geschaffen, bei welchem zusätzlich zu den vorgenannten Eigenschaften durch die Anordnung von Oberdruckventilen in den Druckmittelkanälen durch den kolbenartigen Kopf erreicht wird, daß der Antrieb durch Ausübung eines Oberdrucks auf der Oberseite des kolbenartigen Kopfes entlang dem Betriebsrohr in die Arbeitslage verschoben wird, bei welchem Oberdruck diese Ventile, die eine Druckmittelzufuhr zu dem Hammermechanismus ermöglichen, noch nicht geöffnet werden. Bevor der Antrieb, an dessen unlerem Ende beispielsweise ein Kernrohr drehbar gelagert sein kann, das in axialer Richtung verschiebbar ist und durch eine Feder nach unten gedrückt wird, an einer Schulter ties Schlagbohrkopfes aufsitzt, kann ferner ein Ausspülen von Bohrklein aus dem Bereich der Sitzfläche erfolgen. In der Arbeitslage des Antriebs gewährleistet ferner das Druckgefälle während des Betriebes des Hammermechanismiis, daß der Antrieb in die Bohrlage gedrückt wird. Es ist deshalb auch möglich. Bohrlöcher nicht nur nach unten, sondern auch in seitlicher Richtung oder nach oben auszubohren.

An sich ist durch die US-PS 36 35 295 die Verwendung eines als Gleilkolben ausgebildeten druckmittelbetätigten Antriebes für Bohrgeräte bekannt. Diese vorbekannte Ausführung gibt jedoch keinen Hinweis, wie ein Tieflochantrieb mit Bohrspülung unter Verwendung von Drosselventilen zu gestalten ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schlagbohrgeräts gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine F i g. 1 entsprechende Schnittansicht, wob'.'i der Hammer von seiner Aufschlagfläche abgehoben ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3 — 3 in F i g. 1;

F i g. 4 eine F i g. 1 entsprechende .Schnittansicht, wobei jedoch der Antriebsmechanismus aus dem Bohrrohr herausgezogen und neben diesem dargestellt ist; und

F i g. ¹J eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des Schlagbohrkopfes ties Ausführungsbeispiels in F ig. 1.

Das in den Figuren dargestellte Ausfiihrungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt ein Bohrgestänge mit einem vorzugsweise drehbar angeordneten Bohrrohr 2, in das ein Tieflochantrieb 4 l.Mngsverschiebbar eingesetzt ist. Die Oberseite des Tieflochantriebs steht unter dem Druck von Druckluft b,:w. Druckwasser. Das Bohrrohr 2

ist aus Abschnitten mit gleichem Durchmesser zusammengesetzt, welche eine Länge von ungefähr J m aufweisen können und mit glatten Verbindungen miteinander verschraubt sind. Mit Ausnahme des lindabschnitts 2' sind die Abschnitte iι.· gleicher Weise s ausgebildet und ermöglichen eine Verlängerung oder Verkürzung des Bohrrohrs. Der lindabschnitt 2' unterscheidet sich von den anderen Abschnitten durch eine innere Ringsehulier 3, die in der Nähe des oberen [indes des lindabschnitts 2' vorgesehen ist. Die Ringschulter dient als Anschlag für den Hammer 80 eines an dem Antrieb 4 vorgesehenen I lammermechanismus. Der Hammerniechanismus 5 kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und betätigt werden.

Das unter Druck geset/te Bohrrohr 2 kann mit Hilfe einer an sich bekannten Einrichtung (US-PS 32 91 54J) angetrieben werden und wird mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl von etwa H) Umdreriungen pro Minute angetrieben, welche zum Antrieb eines am unteren finde des Bohrrohrs angeordneten Schlagbohrkopfs 7 ausreicht. Der Bohrkopf 7 ist ringförmig ausgebildet und ist mit dem Endabsehniti 2 mit einem mit einem Innengewinde versehenen Ansät/ 8 verschraubt. Unterhalb des zylindrischen Ansatzes erweitert sich der Bohrkopf in Richtung auf seine die Bohrkrone bildende Stirnfläche 12 hin, von der Sätze von knopl'förmigen Hartmetalleinsätzen 14 vorragen. Die Harimetalleinsätze 14 sind in der aus F i g. 5 ersichtlichen Weise derart angeordnet, daß die am weitesten außen bzw. innen liegenden Hartmetalleinsätze etwas über den Innenumfang bzw. den Außenumfang der ringförmigen Stirnfläche 12 vorragen. Dadurch wird erreicht, daß beim Vorschub des rotierenden .Schlagbohrkopfs in eine Bodenformation 16 ein Bohrloch ausgebildet wird, dessen Durehmesser nicht nur größer als der Außendurchmesser des Bohrrohrs 2, sondern auch größer als der Außendurchmesser des sich konisch erweiternden unteren Teils 10 des Bohrkopfs 7 ist. In entsprechender Weise hat ein in einem Kernrohr 40 eingefangener Kern 18 aus Kid- oder Gesteinsmaterial einen Außendurchmesser, der etwas geringer als der Innendurchmesser des ringförmigen Schalgbohrkopfs 7 ist.

Unter dem Ansatz. 8 des Bohrkopfs ist eine innere Ringschulter 20 über einer weiteren, darunter liegenden Ringschulter 22 vorgesehen, die einen geringeren Innendurchmesser und Außendurchmesser hat. so daß zwischen diesen beiden Ringschultern eine nach unten konisch verlaufende Fläche 24 vorgesehen ist. Die untere Ringschulter 22 (Fig. 4) und eine Auflagefläche 26 bilden deshalb einen Sitz, für das an dem Antrieb 4 gelagerte Kernrohr 40. An der oberen Ringschulter 20 ist eine Ringnut 30 ausgebildet (Fig. 1 und 2), von der eine Anzahl symmetrisch angeordneter Kanäle 32 durch den Teil 10 in die Stirnfläche 12 des Bohrkopfs führen und zwischen den Hartmetalleinsätzen 14 dort münden (F i g. 5). Diese Kanäle sind zu der Achse ties Bohrkopfs geneigt und entlang dessen Umfang unter solchen Winkeln zu der Schulter angeordnet, daß sie in den Sockel 26 münden. do

Während des Bohrvorgangs gelangt Druckmittel intermittierend in die Kanäle M. so daß losgelöstes Bohrklein in einen Ringraum 54 /wischen dem Bohrrohr 2 und der Wand der Bohrung ausgespült wird. Der Durchfluß des Druckmittels durch ilen Antrieb 4 /11 den t>s Kanälen 32 wird im folgenden noch näher erläutert.

Der Antrieb 4 enthält einen ringförmigen Amboß 38. der ^leitend verschiebbar in dem oberen lindabsehnitt 2' angeordnet ist und an der Ringschulter 3 angreifen kann. Das Kernrohr 40 ist gleitend verschiebbar durch eine Bohrung 42 unter der Ringschulter 3 und ist an dem A mho 13 38 derart gelagert, daß es auf dem Sockel 26 des Bohrkopfs aufsitzt. Das Kernrohr 40 ist mit einem Kugellager-Drehsupporl 44 an seinem oberen Ende drehbar an einem Zapfen 48 gelagert. Auf dem Zapfen 48 ist eine Laufbuchse 46 längsverschiebbar, jedoch gegen eine Drehbewegung verkeilt gelagert. Der mit einem Flansch 48' versehene Zapfen 48 ist an der Unterseite des Amboß 18 befestigt. Die Längen der Laufbuchse 46 und einer Keilnut 50 an der Laufbuchse sind derart bemessen, daß eine begrenzte Längsverschiebung zwischen dem Kernrohr 40 und dem Amboß 38 in axialer Richtung möglich ist. Line Schraubenfeder 52 ist zwischen der Unterseite des Amboß 38 und der Oberseite des Drehsupports, die Laufbuchse 46 umgebend, eingespannt. Wenn der Antrieb 4 in das Bohrrohr 2 eingeschoben wird, wird deshalb das Kernrohr 40 gegen die Sitzfläche an dem Bohrkopf 7 sowohl durch die Feder 52 als auch durch die Schwerkraft angedrückt. Relativ /u dem Amboß 38 kann jedoch eine Verschiebung erfolgen, so daß l-.rd- oder Gesuinsmaierial durch den Amboß und/oder durch den Durchtritt von Druckmittel entfernt werden kann, wie im folgenden noch näher erläutert weiden soll.

Das an dem Bohrkopf aufsitzende linde 40' des Kernrohrs 40 ist derart ausgebildet, daß ein Kern 18 von der Erdformalion abgehoben werden kann, wenn der Antrieb 4 aus dem Bohrrohr 2 herausgezogen wird. Das Kernrohr 40 besteht aus zwei mit einer glatten Verbindung zusammengeschraubten Teilen. Das untere Ende 40' ist abgeschrägt ausgebildet, um eine abdichtende Auflage an der Auflagefläche 26 des Bohrkopfs zu ermöglichen. In die sich zu dem Gewindeslück 58 von dem Mundstück 56 nach oben erweiternde Innenfläche 54 des unteren Endes des Kernrohrs 40 ist ein Kernfangring 60 eingesetzt, (.lessen Wand einen keilförmigen Querschnitt hat. Derartige Kernfangringe sind an sich bekannt.

Die zylindrische Außenfläche 62 des Amboß .38 ist genau bearbeitet, so daß der Amboß abdichtend in der Bohrung des Kernrohrs sitzt. Oberhalb dieser Außenfläche ist de; Amboß verjüngt ausgebildet und mit einer Schulter 64 versehen, von der ein Ansatz. 66 vorragt, der mit einer breiten, entlang dem Umfang verlaufenden Ausnehmung 68 versehen ist. Am oberen und unteren Ende einer Bohrung 70 in dem Amboß sind Gegenbohrungen 72 bzw. 74 vorgesehen. In der unteren (iegenbohrung 74 sitzt der Zapfen 48, der dort mit einem Stift 76 gesichert ist.

Der Hammermechanismus 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines bekannten Versenkbohrhammers und besieht aus einem rohrförmigen Gehäuse 78 und einem Hammer 80, tier auf einer stationären Steuerstange 82 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Stuerstange 82 ist mit Druckmittelkanälen derart verehen, daß die Betätigung des Hammers in bekannter Weise durch Druckluft bewirkt werden kann, und daß abwechselnd durch einen Kanal 84 am unteren Ende 86 der Sieuerstange Druckmittel abgegeben werden kann. Das Druckmittel tritt in die Steuerstange 82 durch einen oiler mehrere Kanäle ¹K) in dem kolhenariigen kopf 88 ein. der auf das obere Finde des Gehäuses aufgeschraubt und gleitend verschiebbar in der Bohrung ties Kernrohrs angeordnet ist. In den Kanälen 90 sind durch 1 ederspannung vorbelastete

Drosselventile 92 angeordnet, durch die ein Druckgcfäl-Ie zwischen der Oberseite und der Unterseite des Antriebs 4 bewirkt wird, so daß das Druckmittel dazu beiträgt, den Amboß gegen die Ringschulter 3 an dem Bohrrohr zu drücken.

Der Amboß ist mit dem Hammerniechanismus teleskopartig niit Hilfe eines zweiteiligen, zusammengeschraubten Bunds 98 verbunden, der über dem Ansatz 66 an dem Amboß 38 angeordnet ist und welcher Bund 98 mit dem Gehäuse 78 fluchtend verbunden ist. Ein in Umfangsrichtung verlaufender innerer Ringvorsprung 100 an dem Bund ragt in die Ausnehmung 68 an dem Ansatz. 66 vor. Der Antrieb kann aus dem Bohrrohr mit Hilfe eines über der Erdoberfläche angeordneten Flaschenzugs herausgezogen werden, indem Klauen % mit einem Ansatz 94 an dem kolbenartigen Kopf 88 in Eingriff gebracht werden.

Während des Bohrvorgangs schlägt der Hammer auf die Ringfläche 102 auf der Oberseite des Amboß intermittierend auf, während das Bohrrohr sich dreht. Es erfolgt deshalb ein kontinuierlicher Vorschub des rotierenden Bohrkopfes in axialer Richtung durch die Schlagwirkung des Hammers, so daß die Harlmetalleinsätze 14 jeweils in die Bodenfläche der Bohrung vorgeschoben werden. Aufgrund der tclcskopartigcn Zuordnung zwischen dem Kernrohr 40 und dem Bohrrohr und wegen der relativen Verschiebbarkeil zwischen Kernrohr und Amboß bleibt das Kernrohr im wesentlichen stationär relativ zu dem Bohrrohr, wenn dieses gedreht und vorgeschoben wird. jo

Während des Bohrens wird ferner der Kanal 84 in der Steuerstangc 82 in Verbindung mit den Kanälen 104,36, 32 gebracht, so daß Druckmittel um den Bohrkopf austritt. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sitzt der Endteil 86 mit einem Glcitsit/. in der Gegenbohrung 72 in dem Amboß. In die Bohrung 72 münden eine Anzahl von symmetrisch angeordneten, nach außen geneigten Kanälen 104, die mit der Unterseite des Amboß gegenüber einer Kammer 106 in Verbindung stehen, die zwischen der Oberseite des Drehsupports 44 an dem Kernrohr 40 und dem Amboß 38 ausgebildet ist. Von dort gelangt das Druckmittel durch eine Anzahl von symmetrisch angeordneten Kanälen 108. die unter der Ringschulter 3 beginnen und mit der Ringnut 30 und den Kanälen 32 in dem Bohrkopf in Verbindung stehen. Wenn das Kernrohr 40 auf dem Bohrkopf aufsit/t, sind die offenen Seiten der Kanäle 108 durch den Hauptkörper des Kernrohrs geschlossen, und das Ende 40' sit/t auf der Auflagefläche 26 auf. so daß das Druckmittel nur durch die Kanäle 32 entweichen kann. Bevor jedoch das Kernrohr auf dein Bohrkopf aufsitzt, gelangt ein Teil des Druckmittels in die axiale Öffnung des Bohrkopfs, wodurch Bohrklein herausgespült werden kann, durch das sonst ein abdichtender Sitz verhindert werden könnte. Die Feder 52 wird durch das Kernrohr 40 zusammengedrückt, bis die Laufbuchse 46 an der Unterseite des Amboß angreift. Wenn der Hammer 80 gegen den Amboß anschlägt, dann wirkt der Hammer nur auf das Kernrohr, bis der Amboß gegen die Ringschulter 3 an dem Bohrrohr anschlägt. Dadurch ist gewährleistet, daß das Kernrohr 40 vor dem Beginn eines Bohrvorgangs aufsitzt.

Ein durch den Zapfen 48 verlaufender Kanal 110 gewährleistet ferner, daß das Kernrohr 40 beim Einsetzen unter Druck gesetzt wird, so daß das Bohrklein nach außen durch den Ringraum 34 gespült wird.

An das Bohrrohr 2 können in an sich bekannter Weise weitere Abschnitte von Bohrrohren angesetzt werden. Dabei können auch das Kernrohr und/oder der Bohrkopf ausgetauscht werden.

Wenn nicht nach unten, sondern in seitlicher Richtung oder nach oben gebohrt werden soll, wird durch das Duckmittel der Antrieb in seine Betriebslage gedrückt, Der Antrieb kann mit einem Druck in das Bohrrohr eingeschoben werden, der kleiner als derjenige ist, bei dem sieh die Ventile 92 öffnen. Der Bohrvorganp beginnt erst dann, wenn der Druck soweit erhöht wird daß sich diese Ventile öffnen.

Wenn beim Bohren kein Kcrncinfang erfolgen soll kann auch ein Vollbohrkopf ohne Kcrnfangcinrichtumj Verwendung finden, der entweder mil dem Bohrrohi oder mit dem ringförmigen Bohreinsat/ verbündet' wird, um sich damit zu drehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schlagbohrgerät, das in einem liuhrrohr einen durch ein auch für die Bohrlochspülung eingesetztes Druckmittel bctiitigburcn, gleitend verschiebbaren Tieflochantrieb mit einem llammermechanismus für einen Schlagbohrkopf aufweist, wobei der Tieflochantrieb mit einem Kopf versehen ist, von welchem aus Dnickniiltelkanüle zu der Stirnfläche des .Schlagbohrkopfes hin verlaufen, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h π e t, da 1.1 der Kopf (88) des Tieflochantriebs (4) als in dem Bohrrohr (2) geführter (jleitkolbeii ausgebildet ist und in den Druckmittelkanälen (90) des Kopfes (88) unter Federvorspannung stehende Drosselventile (92) angeordnet sind.

2. Schlagbohrgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbohrkopf (7) einen größeren Durchmesser als das Bohrrohr (2) aufweist, wobei zwischen der Wand des Bohrlochs und dem Bohrrohr (2) ein Ringraum (34) zum Austritt des Druckmittels gebildet ist.

3. Schlagbohrgerä't nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dali der Schlagbohrkopf (7) an dem Bohrrohr (2) befestigt und das Bohrrohr drehend antreibbar ist.

4. .Schlagbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbohrkopf (7) ringförmig ausgebildet ist.

5. Schlagbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amboß (38) vorgesehen ist, der gleitend verschiebbar in dem Bohrrohr (2) über einer inneren Ringschulter(3)an dem Bohrrohr angeordnet ist.

6. Schlagbohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einem an dem Amboß (38) befestigten, nach unten von diesem vorragenden Zapfen (48) ein Kernrohr (40) längsverschiebbar an einem Drehsupport (44) angeordnet ist, und daß zwischen der Unterseite des Amboß (38) und der Oberseite des Kernrohrs (40) eine Schraubenfeder (52) eingespannt ist.

7. Schlagbohrgeräi nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zapfen (48) mindestens ein Druckmittelkanal (110) vorgesehen ist, welcher mit dem Innenraum des Kernrohrs (40) verbunden ist.