DE2439063C3

DE2439063C3 - Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern im Boden

Info

Publication number: DE2439063C3
Application number: DE2439063A
Authority: DE
Inventors: Anatolij A. Orechov; Andrej A. Novosibirsk Trofimuk
Original assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR; Institut Gornogo Dela Sibirskogo Otdelenija Akademii Nauk Sssr Novosibirsk
Current assignee: Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR; Institut Gornogo Dela Sibirskogo Otdelenija Akademii Nauk Sssr Novosibirsk
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2439063A1; DE2439063B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern im Boden mit Hilfe von frei auf Wellen drehbaren, konisch erweiterten Elementen, die quergeschnittene Teile eines sich konisch erweiternden Körpers darstellen und hintereinander auf die Zapfen einer Kurbelwelle unter einem Winkel zur Längsachse angeordnet sind.

Aus der GB-PS 7 34 236 ist eine Vorrichtung dieser

Art bekannt, bei der das Schneidwerkzeug in Form von frei auf Wellen drehbaren konisch erweiterten Elementen, die quergeschnittene Teile eines sich konisch erweiternden Körpers darstellen, und hintereinander auf die Zapfen einer Kurbelwelle unter einem Winkel zur Längsachse angeordnet sind, ausgebildet ist, um durch Erhöhung des Anteils der Schlagwirkung den für die Schneidwirkung erforderlichen Antriebsbedarf herabzusetzen. Daher sollen die Schneidwerkzeuge auf

ίο gekrümmten Wegen so bewegt werden, daß sie einander überlagert radiale und axiale Bewegungskomponenten besitzen, damit das Werkzeug wiederholt das Felsengestein schlagend beaufschlagt Aus der DE-PS 6 23 572 ist ein Erdtorpedo mit motorisch angetriebenem Fräskopf bekannt, bei dtm sich an den konisch zugespitztem Fräskopf ein nach hinten verjüngender, das Abrutschen der Erdmassen erleichternder Teil anschließt Eine sich schraubenartig vorwärts bewegende Erdbohrvorrichtung, die einen sich nach vorne verjüngenden Körper aufweist der an seiner Außenseite mit auf Schraubellinien angeordneten, sich in das Erdreich einschneidenden Ansätzen, z. B. Gewindegängen, versehen ist, ist aus der DE-PS 1193 081 bekannt, wobei zwei sich gegensinnig drehende jeweils mit äußeren Ansätzen versehene Körper hintereinander angeordnet sind.

Aus der US-PS 33 44 871 sind eine Erdbohrmaschine und ein Verfahren zum Setzen von Pfählen bekannt bei denen zur Erweiterung der Bohrungen frei auf Wellen drehbare ausschwenkbar angeordnete konisch ausgebildete und mit Riffeluiig versehene Verdichtungselemente vorgesehen sind, wobei das Werkzeug von oben mittels Gestänge eingeführt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstfahrende — und damit insbesondere auch für horizontale Bohrungen geeignete — Vorrichtung anzugeben, die ein Bohrloch durch Bodenverdichtung vortreibt und erweitert und dabei gleichzeitig die erforderliche Vortriebskraft liefert

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die konischen Elemente den Boden verdichtende Abwälzelemente darstellen, und das Gehäuse des die Kurbelwelle antreibenden Motors mit einer Führungs einrichtung versehen ist, die das Gehäuse bezüglich der Bohrlochwandung gegen freie Drehung sichert

Dadurch, daß die unter einem Winkel zur Längsachse auf die Zapfen einer Kurbelwelle angeordneten konischen Elemente als Abwälzelemente bei ihrer

so Abwälzbewegung gleichzeitig eine Vortriebskraft liefern, ist die Vorrichtung selbstfahrend, wobei die auf das Gehäuse des die Kurbelwelle antreibenden Motors einwirkenden Reaktionskräfte von der Führungseinrichtung aufgenommen werden. Daher kann sich die Vorrichtung unter Abwälzung auf den zu verdichtenden Bohrlochwandungsabschnitten selbsttätig vorwärtsbewegen.

Vorteilhaft ist die Führungseinrichtung, die das Gehäuse des Motors gegen Drehung sicher^ von am

Gehäuse radial angeordneten Erhebungen gebildet

Die Führungseinrichtung kann in Weiterbildung der Erfindung auch von am Gehäuse radial angebrachten Rädern gebildet sein. Vorzugsweise sind die Zapfen der Kurbelwelle zur Längsachse der Vorrichtung räumlich und paarweise in Gegenstellung angebracht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht nach der Erfindung darin, daß die Kurbelwelle aus zwei

konzentrisch angeordneten Teilwellen gebildet ist, wobei die Abwälzelemente an beiden Teilwellen angebracht sind sowie die äußere konzentrische Teilwelle fest mit dem Gehäuse des Motors verbunden ist und als gegen freie Drehung sichernde Führungseinrichtung dient, und wobei die Abwälzelemente darauf unter einem Gegenwinkel zum Winkel, unter dem die Abwälzelemente auf der inneren Teilwelle angeordnet sind, gelagert sind.

Eine Vorrichtung, die einen reversierbaren Antrieb besitzt, ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie mit zylindrischen Rollen versehen ist, und der Antrieb der Kurbelwelle kinematisch mit den zylindrischen Rollen verbunden ist, deren Achsen unter einem Winkel β zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind, wobei die zylindrischen Rollen ihrerseits kinematisch mit der Kurbelwelle gekoppelt sind.

Vorteilhaft besteht die Oberfläche der mit der Wandung des Bohrloches in Berührung stehenden Abwälzelemente aus einem elastischen Werkstoff.

Damit kann einem Abblättern des Bodens der Bohrlochwandung begegnet werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine im Bohrloch angeordnete erfindungsgemäße Vorrichtung, schematisch in Seitenansicht,

Fig.2 diese in auseinandergezogener Darstellung, aus der sich ergibt, daß die Zapfen der Kurbelwelle unter einem Winkel zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-1II in F i g. 1,

Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der als Führungseinrichtung Räder verwendet sind,

F i g. 5 schematisch eine räumliche paarweise Anordnung der konischen Abwälzelemente, in Gegenstellung,

F i g. 6 eine Ausführungsform der Vorrichtung, deren Kurbelwelle aus zwei konzentrischen Teilkurbelwellen ausgebildet ist,

F i g. 7 eine abgewandelte Ausführungsform, die auch selbsttätig rücKwärtsfahrend ist,

Fig.8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

F i g. 9 eine der zylindrischen, in F i g. 7 abgebildeten Rollen und den Winkel, unter welchem diese Rollen zur Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind und

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, deren konische Abwälzelemente mit einem elastischen Werkstoff überzogen sind.

Die Vorrichtung zum Erweitern von Bohrlöchern besitzt eine Kurbelwelle 1, auf deren Zapfen frei drehbar vorn ein kegelförmiges Element 2 und dahinter nacheinander weitere konische Abwälzelemente 3,4,5, 6 und 7 angebracht sind, die Teile eines quergeschnittenen, sich konisch erweiternden Körpers darstellen.

Dadurch, daß die Zapfen der Kurbelwelle 1 unter einem bestimmten Winkel <x (F i g. 2) zur geometrischen Längsachse 8 der Vorrichtung in Ebenen angeordnet sind, welche zur Längsachse 8 parallel verlaufen, wird ein selbsttätiges Eindringen der Vorrichtung in den Boden erreicht. Die Drehung der Kurbelwelle 1 erfolgt durch einen Antrieb 9, dessen Gehäuse mit einer Führungseinrichtung versehen ist, die das Gehäuse bezüglich der Bohrlochwandung gegen freie Drehung sichert. Als Führungseinrichtung können radiale Erhebungen 11 (Fig. I₁3/oder radial angebrachte Rädler 12 (Fig. 4) dienen. Wenn der Winkel α, unter dem die Zapfen der Kurbelwelle ι jr geometrischen Achse der Vorrichtung angeordnet sind, etwa Γ beträgt, und durch die Führungseinrichtung in Form der radial angebrachten Erhebungen 11 oder der radial angebrachten Räder 12 das Gehäuse des Antriebs gegen Drehung gesichert ist, erfolgt eine selbstfahrende Vorwärtsbewegung der Vorrichtung in dem Boden, ohne daß ein zwangsläufiger axialer Vorschub von außen her erforderlich ist.

Selbstfahrend ist die Vorrichtung auch, wenn die Kurbelwelle aus zwei konzentrisch angeordneten Teilwellen 13,14 gebildet ist, wobei Abwälzelemente 2, 3, 4, 5, 6, 7 an beiden Teilwellen 13,14 angebracht sind und die äußere konzentrische Teilwelle 13 fest mit dem Gehäuse des Motors 9a verbunden ist und als gegen freie Drehung sichernde Führungseinrichtung dient, indem die Abwälzelemente 5, 6, 7 darauf unter einem Gegenwinkel zu dem Winkel, unter dem die Abwälzelemente 2, 3, 4, auf der inneren Teilwella 14 angeordnet sind, gelagert sind.

Bei dieser in F i g. 6 näher dargestellten Ausführung der Vorrichtung drehen sich die Teilw.-.'ien 13 und 14 in zueinander entgegengesetzten Drehiieb'ungen, wodurch eine selbstfahrende Vorwärtsbewegung sichergestellt ist

Um auch beispielsweise für die Herstellung von Blindbohvungen einen selbsttätigen Rückwärtslauf zu verwirklichen, ist bei der in F i g. 7 gezeigten Ausführungsform die Kurbeiwelle 1 mit dem Antrieb 9a mittels zylindrischer Rollen 17 verbunden, welche entlang einer Kreislinie um die Längsachse 8 der Vorrichtung angeordnet sind, wie es am besten aus F i g. 7 und 8 zu erkennen ist. Die zylindrischen Rollen 17 sitzen frei drehbar auf Achsen 18 und werden durch den reversierbar ausgebildeten Antrieb 9a über Zahnräder 19 gedreht. Die Enden der Achsen 18 der zylindrischen Rollen 17 sind starr in Flanschen 20 und 21 befestigt Der Flansch 21 ist starr mit der Kurbelwelle 1 und der Flansch 20 mit dem Gehäuse des Antriebs 9a verbunden. Auf diese Weise wird die Kurbelwelle 1 mitgedreht

Die Achsen 18 der zylindrischen Rollen 17 sind unter einem Winkel β zur geometrischen Längsachse 8 der Vor-ichtung (F i g. 9) in Ebenen angeordnet, welche jeweils zu dieser Achse parallel verlaufen.

Der Winkel β beträgt praktisch ebenso- wie der Winkel « höchstens 1° und ist zu der Seite gerichtet, die der Richtung der Arbeitsbewegung der Vorricntung gegenüberliegt.

Bei dieser Ausführung der Vorrichtung treten die zylindrischen Rollen 17 beim Drehen der Antriebswelle in eine Richtung aufgrund der vorstehend erläuterten Anordnung der Achsen 18 unter dem Winkel β als Stützen zur Erzeugung eines wirksamen Drehmomentes auf der Kurbelwelle 1 auf. Falls der Antrieb in u-ngekeh-tem Drehsinn rotiert bewirken dieselben zylindrischen Rollen einen selbsttätigen Rückwärtslauf.

Bei allen Ausfühnngsformen der Vorrichtung ist es günstig, die Zapfen der Kurbelwelle 1 bzw. la räumlich und paarweise in Gegenstellung um die geometrische Längsachse 8 anzuordnen, wodurch eine Laufunruhe der rotierenden Ar_>eitselemente der Vorrichtung, also der konischen Abwälzelemente 2, 3, 4, 5, 6, 7 völlig vermieden wird.

Um einem Abblättern und Bruch des Bodens der Wandung eines Bohrlochs beim Vortrieb in nicht ausreichend standfesten Gesteinen zu begegnen und dadurch Dichte und Fertigkeit der Bohrlochwandung zu erhöhen, ist es zweckmäßig, alle konischen Abwälzelemente 2 bis 7, die mit der Wandung des Bohrloches in

Berührung kommen, mit einer Schicht 22 (Fig. 10) aus einem elastischen Werkstoff, z. B. aus Gummi, u. ä. zu überziehen.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung lassen sich Bohrlöcher mit einem Durchmesser von 800 mm und darüber in beliebigen verdichtbaren Böden herstellen, wobei sich in allen Fällen die Wandung des Bohrloches als genügend fest und standfest erwiesen hat.

Diese Bohrungen können zu Verlegung von Rohrleitungen und Kabeln sowie zum Bau von Verkehrstunneln u. ä. dienen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Bohrlöchern im Boden mit Hilfe von frei auf Wellen drehbaren, konisch erweiterten Elementen, die quergeschnittene Teile eines sich konisch erweiternden Körpers darstellen und hintereinander auf die Zapfen einer Kurbelwelle unter einem Winkel zur Längsachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 7) den Boden verdichtende Abwälzelemente darstellen und das Gehäuse des die Kurbelwelle antreibenden Motors (9) mit einer Führungseinrichtung versehen ist, die das Gehäuse bezüglich der Bohrlochwandung gegen freie Drehung sichert

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung, die das Gehäuse des Motors (9) gegen Drehung sichert, von am Gehäuse radial angeordneten Erhebungen (11) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung, die das Gehäuse des Motors (9) gegen Drehung sichert, von am Gehäuse radial angebrachten Rädern (12) gebildet ist

4. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da3 die Zapfen der Kurbelwelle (1) zur Längsachse (8) der Vorrichtung räumlich und paarweise in Gegenstellung angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (1) aus zwei konzentrisch angeordneten Teilwellen (13, 14) gebildet ist, wobei die Ahwälzelemente (2, 3,4,5,6, 7) an beiden Teilwellen (13, ?·*) angebracht sind sowie die äußere konzentrische Teilwelle (13) fest mit dem Gehäuse des Motors (9a) verbunden ist und als gegen freie Drehung sichernde Führungseinrichtung dient, und wobei die Abwälzelemente (5, 6, 7) darauf unter einem Gegenwinkel zum Winkel, unter dem die Abwälzelemente (2, 3, 4) auf der inneren Teilwelle (14) angeordnet sind, gelagert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine:« reversierbaren Antrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zylindrischen Rollen (17) versehen ist und der Antrieb (9a)der Kurbelwelle (1) kinematisch mit dem zylindrischen Rollen verbunden ist, deren Achsen (18) unter einem Winkel (ß) zur Längsachse (8) der Vorrichtung angeordnet sind, wobei die zylindrischen Rollen ihrerseits kinematisch mit der Kurbelwelle (1) gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der mit der Wandung des Bohrloches (10) in Berührung stehenden Abwälzelemente (2 bis 7) aus einem elastischen Werkstoff besteht.