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Bohrvorrichtunc3
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Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit mindestens einem Bohrgestänge,
einem Bohrhammer und einem die Schläge des Bohrhammers auf ein Kopf stück des Bohrgestänges
übertragenden Einsteckende, das in einer axialen Ausnehmung des Kopfstücks befestigt
ist.
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Beim Schlagbohren und beim Schlagdrehbohren wird am rückwärtigen Ende
des Bohrgestänges ein Kopf stück angebracht, das zum Zuführen von Spülmittel und
zum Auswerfen des zurücklaufenden Spülmittels und des Bohrschlammes benutzt werden
kann. Das Kopf stück wird an seinem rückwärtigen Ende mit einem Einsteckende versehen,
das die Schläge cles Bohrhammers über das Kopfstück auf das ßohrgestänge übcrträgt.
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Bei einer bekannten Bohrvorrichtung (D-OS 22 01 880) ist
das
Einsteckende in eine Ausnehmung des Kopfstückes eingeschraubt. Das Einsteckende
überträgt nicht nur die Schläge des Bohrhammers auf das Kopfstück, sondern es wird
von einem Motor außerdem noch gedreht, um das Kopfstück und das mit diesem verbundene
Bohrgestänge in Drehung zu versetzen. Das Einsteckende ist somit erheblichen Schlag-und
Torsionsbelastungen ausgesetzt. Die Praxis zeigt, daß sich sein Gewinde unter ständiger
Schlag- und Drehwirkung so in das Innengewinde des Kopfstückes einfrißt, daß das
Einsteckende nur mit größter Mühe wieder von dem Kopfstück losgeschraubt werden
kann. Diese feste Gewindeverbindung ist einerseits erwünscht, weil durch Rückwärtsdrehen
des Motors die Verschraubung des Bohrgestänges gelöst werden kann, während andererseits
die Schraubverbindung des Einsteckendes mit dem Kopfstück noch festbleibt. Nachteilig
ist indessen, daß das Einsteckende infolge der starken mechanischen Beanspruchung
häufig bricht. In diesem Fall kann der in dem Kopfstück noch enthaltene Gewindeabschnitt
des Einsteckendes wegen der außerordentlich festen Gewindeverbindung nicht mehr
herausgedreht werden. Daher ist in einem solchen Fall nicht nur das Einsteckende
unbrauchbar, sondern das gesamte Kopfstück.
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Brüche des Einsteckendes erfolgen häufig dadurch, daß das gesamte
Bohrgestänge sich durchbiegt. Dies kann dadurch geschehen, daß das Bohrloch nicht
in derselben Richtung verläuft, in der die das Ende der Bohrvorrichtung tragende
Lafette ausgerichtet ist. Bei einer Biegebeanspruchung tritt die stärkste Belastung
an dem Einsteckende auf, dessen Ausrichtung durch den Bohrhammer bzw. eventuell
durch einen Drehantrieb bestimmt wird. Die Gewindeverbindung zwischen dem Einsteckende
und dem Kopfstück läßt keine ge-
genseitige Anpassung dieser Teile
an Fehlausrichtungen zu.
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Bei einer Fehlausrichtung tritt vielmehr an dem Einsatzende ein Biegemoment
auf, das in Verbindung mit der Schlag- und Drehbeanspruchung zum Bruch führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der im Falle eines Bruchs des Einsteckendes sich der in dem
Kopfstück befindliche Abschnitt mühelos aus dem Kopfstück wieder entfernen läßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das
Einsteckende einen Abschnitt mit unrundem Profil aufweist, der in die ebenfalls
unrunde Ausnehmung des Kopfstückes einschiebbar ist, und daß eine das erausziehen
des Einsteckendes verhindernde lösbare Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist.
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Anstelle der üblichen Verschraubung des Einsteckendes mit dem Kopfstück
wird also eine Verriegelungsvorrichtung verwandt, die das in das Kopfstück einschiebbare
Einsteckende festhält bzw. einen Vorsprung des Einsteckendes hintergreift. Im Falle
eines Bruchs des Einsteckendes kann die Verriegelungsvorrichtung gelöst und der
in. dem Kopfstück steckende Einsatz axial herausgezogen werden.
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Durch die drehfeste Verbindung des Einsteckendes mit dem Kopfstück
wird erreicht, daß das Bohrgestänge zum Festziehen bzw. Lösen der Schraubverbindungen
der Bohrstangen gedreht werden kann. Außerdem ist die drehfeste. Verbindung für
Drehschlagvorrichtungen erforderlich, bei denen das Einsteckende rotatorisch angetrieben
wird und das
Kopfstück und das Bohrgestänge mitnimmt.
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Die Bohrvorrichtung kann zum Schlagbohren oder zum Schlagdrehbohren
eingesetzt werden. Das Bohrgestänge kann entweder aus aneinandergesetzten Bohrstangen
oder aus Rohren bestehen. Im zweiten Fall kann alternativ mit einem einzigen Rohrgestänge
oder beim Oberlagerungsbohren auch mit zwei koaxial zueinander verlaufenden Bohrgestängen
gearbeitet werden, die beide mit dem Kopfstück verbunden sind.
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Das Kopfstück kann zugleich als Spülkopf benutzt werden, um beispielsweise
über ein Ringstück Spülmedium in das Bohrgestänge einzuführen und/oder als Ausspülvorrichtung
zum Auswerfen des Spülmittels und des Bohrgutes.
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Wegen der hohen Materialbeanspruchung, der das Einsteckende ausgesetzt
ist, ist das Einsteckende vorzugsweise einstückig ausgebildet und aus hochwertigem
Stahl hergestellt. Das Einsteckende kann allerdings auch aus mehreren Teilen bestehen,
die miteinander verschraubt sind.
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Bei einem Bruch eines solchen Einsteckendes werden die miteinander
verschraubten Teile, deren Verbindung nicht mehr lösbar ist, gemeinsam fortgeworfen.
In jedem Fall bleibt das Kopfstück, aus dem der Rest des Einsteckendes herausgezogen
wird, unversehrt erhalten.
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Die unrunden Profile des Einsteckendes und der Ausnehmung des Kopfstückes
sind zweckmäßigerweise Keilprofile. Auch Mehrkantprofile können verwendet werden.
In jedem Fall sollte der unrunde Abschnitt des Einsteckendes ein über seine gesamte
Länge im wesentlichen gleichbleibendes Profil aufweisen, damit keine Verkeilung
zwischen Einsteckende und Kopfstück auftritt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verri.egelungsvorrichtung
einen eine Schulter des Profilabschnitts des Einsteckendes hintergreifenden Ring
auf, der mit Bolzen, die teilweise in einer Ausnehmung des Ringes und teilweise
in einer Ausnehmung des Kopfstücks liegen, gesichert ist.
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Bei der Konstruktion der Verriegelungsvorrichtung sollte zweckmäßigerweise
auf den Einsatz von Schrauben verzichtet werden, weil bei den durch den Bohrhammer
verursachten Erschütterungen erfahrungsgemäß Schrauben nicht hinreichend zu sichern
sind. Die Praxis zeigt, daß sich Schrauben am Kopfstück trotz des Einsatzes von
Drehsicherungen schon nach kurzer Betriebsdauer lösen. Durch die Verwendung zylindrischer
Bolzen ist es möglich, auf Schrauben zu verzichten. Die Bolzen können gegen Elerausgleiten
aus den Ausnehmungen durch querverlaufende Federstifte gesichert sein, die aus Bohrungen
des Kopfstückes vorstehen.
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Um die Biegebeanspruchung des Einsteckendes und damit die Gefahr von
Brüchen zu verringern, weist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mindestens
ein Teil des in das Kopfstück einschiebbaren Abschnitts des Einsteckendes eine ballige
Außenfläche auf. Ferner kann auch die unmittelbar gegen eine Fläche des Kopfstückes
sch'agende Stirnfläche des Einsteckendes ballig aus bildet sein.
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Durch diese Maßnahmen wird errecht, daß geringfügige Fehl2usrichtungen
zwischen Einsteckteil und Bohrgestänge bzw. Kopfstück möglich sind, ohne zu Materialspannungen
zu führen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht des rückwärtigen Teiles
eines Bohrgestänges mit dem Kopfstück, dem Einsteckende, dem Bohrhammer und dem
Drehantrieb, Figur 2 einen Teil-Längsschnitt durch das Kopfstück bei eingesetztem
Einsteckende und Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Figur 2 zur
Verdeutlichung der Verriegelungsvorrichtung.
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Gemäß Figur 1 ist das rückwärtige Ende eines Bohrgestänges 10 an ein
Kopfstück 11 angeschraubt, das im vorliegenden Fall als Spülkopf dient und einen
Anschlußstutzen 12 für die Zufuhr von Spülmittel sowie mehrere Auswurföffnungen
13 aufweist. In das rückwärtige Ende des Kopfstücks 11 führt das Einsteckende 14
hinein. Das Einsteckende 14 ist eine Welle, auf die der Bohrhammer 15 periodisch
axiale Schläge ausführt nnd die von einem Antriebsmotor 16 über Zahnräder 17, 18,
19 gedreht wird. Das Einsteckende 14 treibt in noch zu erläuternder Weise das Bohrgestenge
10 rotatorisch an und überträgt die Schläge des Bohrhammers 15 auf das Bohrgestänge.
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Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, ist im vorderen Bereich des Einsteckendes
14 eine Keilverzahnung 20 vorgesehen, die in entsprechende Keilnuten 21 des Kopfstückes
11 eingreift. Vor der Keilverzahnung 20 befindet sich ein zy-
lindrischer
Abschnitt 22, dessen Stirnfläche 23 ballig ausgebildet, also leicht nach vorne gewölbt
ist und gegen eine Querwand 24 des Kopfstückes 11 drückt Das Einsteckende 14, das
bis zum Ende in die Ausnehmung des Kopfstücks eingeschoben ist; kann axial wieder
aus dem Kopfstück herausgezogen werden, ohne daß das Einsteckende 14 gegenüber dem
Kopfstück 11 gedreht werden müßte.
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Die Verriegelungsvorrichtung 25 dient zur Arretierung des Einsteckendes
14 in dem Kopfstück. Sie besteht aus zwei parallelen Bolzen 28, die einen Ring 29,
welcher die rückwärtige Schulter 30 der Keilverzahnung 20 hintergreift, festhalten.
Sowohl der Ring 29 als auch die diesen Riny umschließende Wand des Kopfstückes weisen
Ausnehmunqen 28 auf, die gegeneinanderpassen und die zylindrischen Kanäle 28 zur
Aufnahme der Bolzen 26 bilden. Die Kanäle 28 verlaufen mit ihren Achsen tangential
zu dem Ring 29 und sind parallel zueinander. Aus Figur 3 ist zu ersehen, daß der
Ring 29 sich infolge der Bolzen 26 und 27 nicht bewegen kann.
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Zur Sicherung der Bolzen 26 und 27 in den Kanälen 28 sind Federstifte
31 vorgesehen, die jeweils in den Kanal 28 eines Kanales hinein vorstehen und an
ihrem rückwärtigen Ende mit einer Feder 32 abgestützt sind. Jede der Federn 32 ist
in einer Bohrung 33 untergebracht, die rechtwinklig zu dem betreffenden Kanal 28
verläuft. Das rückwärtige Ende der Bohrung 33 weist einen Gewindeabschnitt 34 auf,
in den ein Metallstopfen 35 eingeschraubt ist, an dem sich die Feder 32 abstützt.
Hinter dem Metallstopfen 35 befindet sich ein Gummistopfen 36, der in die Gewindeöffnung
eingedrückt
ist und auch bei dauernden starken Schlägen und Erschütterungen verhindert, daß
sich der Metallstopfe 35 aus dem Gewindeteil löst.
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Wenn die in Figur 3 dargestellte Verriegelungsvorrichtung gelöst werden
soll, werden die Federstifte 31 in die jeweilige Bohrung 33 hineingedrückt, wobei
die Federn 32 zusammengedrückt werden. Dann können die Bolzen 26, 27 aus den Kanälen
28 entfernt werden. Um dies zu erleichtern, sind die Kanäle 28 an ihren beiden Stirnseiten
offen, jedoch ist die Öffnung am rückwärtigen Ende kleiner als die vordere Öffnung,
so daß die Bolzen nur durch die vorderen Öffnungen aus den Kanälen 28 herausgedrückt
werden können. Nach dem Entfernen der Bolzen 26, 27 wird der Ring 29 aus dem Kopfstück
11 entfernt, um anschließend das Einsteckende 14 herausziehen zu können.
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Das Kopfstück 11 weist eine außen umlaufende Zylind.erfläche 40 auf,
die von einem Ringstiick 41 umschlossen ist. Das Ringstück 41 besitzt innen einen
umlaufenden Ringkanal 42, der mit dem Stutzen 12 in Verbindung steht.
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Seitlich des Ringkanales 42 befinden sich Dichtungsringe 43, 44, die
sich an der zylindrischen Fläche 40 abstützt.
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In die zylindrische Fläche 40 münden mehrere Radialbohrungen 45 ein,
die mit Bohrungen 46 ejner Innenrohrmuffe 47 in Verbindung stehen. Die Innenrohrmuffe
47 weist an ihrem vorderen Ende ein Innengewinde auf, in das das Außengewinde eines
(nicht dargestellten) Innenrohrgestänges eingeschraubt wird.
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Ferner ist eine Außenrohrmuffe 48 vorgesehen, die an ihrem
vorderen
Ende ein Innengewinde 49 aufweist, in das das Außengewinde eines (nicht dargestellten)
Außenrohrgestänges eingeschraubt wird. Die Außenrohrmuffe 48 ist mit einem an ihrem
rückwärtigen Ende vorgesehenen Außengewinde 50 in ein Innengewinde des Kopfstücks
11 eingeschraubt.
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Dabei klemmt sie mit einer nach hinten gerichteten Schulter 51 die
Innenrohrmuffe 47 gegen die Zwischenwand 24.
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Auf diese Weiese ist sowohl die Innenrohrmuffe 47 als auch die Außenrohrmuffe
48 fest mit dem Kopfstück 11 verschraubt bzw. verspannt. Die Gewinde der beiden
Rohrmuffen 47 und 48 haben einen solchen Drehsinn, daß sie bei Drehung des Motors
16 (Figur 1) in Vorwärtsrichtung festgezogen werden, während die Rohr des Außenrohrgestänges
und diejenigen des Innenrohrgestänges beim Drehen des Motors 16 in Rückwärtsrichtung
gelöst werden können.
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Die Außenrohrmuffe 48 besitzt ferner eine nach hinten erichtete Ringschulter
52, die einen Distanzring 53 gegen eine vordere Ringschulter 54 des Kopfstücks 11
drückt.
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Beim Betrieb der Bohrvorrichtung dreht das von dem Motor 16 angetriebene
Einsteckende 14 das Kopfstück 11 und mit diesem die Innenrohrmuffe 47 und die Außenrohrmuffe
48.
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Bei dieser Drehung steht der Ring 41 jedoch still, so daß durch den
Anschlußstutzen 12 hindurch Spülmittel in das Bohiqestänge eingeführt werden kann.
Das Spülmittel gelangt durch die Bohrungen 45 und 46 in das Innere der Innenrohrmuffe
47 und von dort in das Innenrohrgestänge.
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Aus dem Innenrohrgestänqe tritt das SpülEluid an der Bohrlochsohle
aus. Von dort nimmt das abgebohrte Gesteinsmaterial mit, das in dem Raum zwischen
Innen:ohrgestänge und Außenrohrgestänge zurückgespült wird. Durch
die
Öffnungen 13 der Außenrohrmuffe 48 wird das Gemisch aus Spülfluid und Bohrgut ausgespült.
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Wenn eine Fehlausrichtung der Achsen des Einsteckendes 14 und des
Bohrgestänges bzw. des Kopfstückes 11 eintritt, kann sich die Vorrichtung ohne innere
Spannungen einer solchen Fehlausrichtung in gewissem Grade anpassen. Dies liegt
daran, daß die Keilverzahnung 20 ein in Längsrichtung leicht balliges Profil hat
und daß auch die vordere Stirnfläche 23 des Einsteckendes 14 ballig ausgeführt ist.
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Das vordere Ende des Einsteckendes 14 ist somit in der Ausnehmung
des Kopfstückes 11 etwa nach Art eines Kugelgelenkes gelagert und in engen Grenzen
schwenkbar. Infolge dieser Schwenkbarkeit werden Biege spannungen in dem Einsteckende
14 vermieden oder wenigstens stark verringert.
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