DE2903936C2

DE2903936C2 - Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen

Info

Publication number: DE2903936C2
Application number: DE2903936A
Authority: DE
Inventors: Fritz 4050 Mönchengladbach Tibussek
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1982-07-15
Also published as: DE2903936A1; SE437539B; SE8000717L; US4279315A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen, mit einem an «.-in Bohrgestänge anschließbaren oder durch einen Teil desselben gebildeten, am unteren Ende mit einer Bohrkrone od. dgl. ausrüstbaren oder versehenen Außenrohr, einem am unteren Ende mit einer Bohrkrone od. dgl. ausrüstbaren oder versehenen, einen Kernaufnahmeraum enthaltenden Innenrohr und mit einer durch eine Drehung des Außenrohres antreibbaren Schlageinrich-

J5 tung mit einem Hammer und einem Amboß zur Erzeugung einer periodischen Axiaibewegung des Innenrohres relativ zum Außenrohr, wobei das Innenrohr, die Schlageinrichtung sowie ein zugeordneter Tragkörper eine mittels eines Zugorgans in Achsrichtung des Außenrohres durcri dieses hindurch bewegbare, im Außenrohr axial festlegbare Einheit bilden und ein mit einem Element der Schlageinrichtung auf drehende Mitnahme verbundener Teil dieser Einheit drehfest mit dem Außenrohr kuppelbar ist.

Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt (FR-PS 15 75 812), bei der am Oberteil einer an einem Seil durch ein Bohrgestänge bis zu einem Bohrkopf absenkbaren Einheit ein Klinkenmechanismus vorgesehen ist, der eine Verriegelung der Einheit in einer Verriegelungskammer des Außenrohres mit gegenüber dem Durchmesser des letzteren vergrößerten Durchmesser sowohl auf Druck als auch gegen Drehung ermöglichen soll. Außer dem Hinweis, daß unter der Wirkung des Seiles die Verriegelung wieder freigegeben wird, sind keine weiteren Angaben über die Ausbildung dieser Vorrichtung gemacht. Bei der bekannten Vorrichtung müssen dieselben Elemente in der Lage sein, eine Festlegung des Innenteiles am Außenteil in axialer Richtung und eine Drehkupplung beider Teile zu bewirken. Dies bringt Probleme in mehrfacher Hinsicht mit sich, so u. a. bezüglich der Beanspruchungsverhältnisse, des Raumbedarfs und der Funktionssicherheit, besonders im Hinblick auf den Einsatz im rauhen Betrieb.
Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Schwierigkeiten zu überwinden und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei stabiler und raumsparender Ausbildung das lösbare axiale Festlegen der Einheit relativ zum Außenrohr und eine lösbare

Drehkupplung mit dem Außenrohr in günstiger und sicherer Weise gestattet und bei der unerwünschte Mehrfachbelastungen einzelner Teile vermieden werden.

Gemäß der Erfindung sind an dem Tragkörper getrennte Kupplungselemente einerseits für eine lösbare Drehkupplung mit dem Außenrohr und andererseits für eine lösbare axiale Festlegung an dem Außenrohr vorgesehen.

Bei dieser Ausbildung der Vorrichtung hat jedes Kupplungselement nur eine Funktion zu erfüllen, so daß es ganz auf diese abgestellt sein kann und kein Kompromiß hinsichtlich einer weiteren Funktion getroffen zu werden braucht. Zugleich wird damit die Betriebssicherheit erheblich erhöht, zumal dabei eine stabile und robuste Ausführung der einzelnen Teile möglich ist. Die letzteren lassen sich außerdem so unterbringen, daß in radialer Richtung eine Vergrößerung des Außendurchmessers vermeidbar ist

Bei einer vorteilhaften Ausführung sind zur Drehkupplung an dem Tragkörper radial bewegliche, jeweils durch eine Druckfeder nach außen hin belastete Kupplungsklauen und an dem Außenrohr ;4itnehmernuten zur Aufnahme der Kupplungsklauen vorgesehen. Dabei können den Weg der Kupplungsklauen nach außen begrenzende Anschläge vorhanden sein, wodurch die maximale Auswärtsposition der Kupplungsklauen bestimmt ist Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Kupplungsklauen als Schwenkhebel ausgebildet. Das Außenmaß der Kupplungsklauen in ihrer maximalen Auswärtsposition ist günstigerweise kleiner als das lichte Innenmaß des Außenrohres oberhalb der Mitnehmernuten.

Vorteilhaft sind zur axialen Festlegung an dem Tragkörper radial bewegliche, durch Druckfedern belastete Riegel und an dem Außenrohr eine für die Anlage der Riegel vorgesehene Schulter zur lösbaren axialen Festlegung des Tragkörpers relativ zum Außenrohr vorhanden.

Insbesondere sind dabei die Riegel mittels eines relativ zum Tragkörper axial verstellbaren Schiebers aus einer äußeren Greifposition in eine innere Ruheposition, in der sie innerhalb der lichten Weite des Außenrohres liegen, überfübrbar. Der Schieber ist zweckmäßig mit einem dem Tragkörper zugeordneten, zum Angriff des Zugorgans od. dgl. bestimmten Kopfstück verbunden oder Teil eines solchen.

Ungeachtet der sonstigen Ausbildung lassen sich an der im Außenrohr absenkbaren Einheit und am Außenrohr Anschläge vorsehen, die den Weg der Einheit nach unten begrenzen.

Ein weiteres zweckmäßiges Gestaltungsmerkmal besteht darin, daß der Weg des Hammers in Richtung auf den Tragkörper durch einander zugeordnete Anschläge begrenzt ist.

Der Tragkörper ist vorteilhaft mit einer die Schlageinrichtung umgebenden hülsenförmigen Verlängerung versehen. Die letztere kann dabei insbesondere einen Drehmitnehmer für den Hammer der Schlageinrichtung bilden. Eine günstige Ausgestaltung besteht weiterhin darin, daß die hülsenförmige Verlängerung oder ein mit dieser verbundener Teil eine Führung für das den Kernaufnahmeraum enthaltende Innenrohr oder für einen mit diesem verbundenen Teil bildet.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Gewinrjng von Kernen unter Schlageinwirkung zu einem jeweils gewünschten Zeitpunkt, wobei der gewonnene Kern mit der ihn aufnehmenden Einheit nach oben gebracht und entnommen werden kann, ohne daß der Bohrstrang selbst gezogen bzw. das Bohrgestänge ausgebaut werden muß.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtung teils im Längsschnitt dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 den oberen, an ein Gestänge anzuschließenden

iü Teil der Vorrichtung,

F i g. 2 als Fortsetzung von F i g. 1 den mittleren Teil der Vorrichtung,

F i g. 3 den unteren Teil der Vorrichtung und

F i g. 4 den oberen Teil der Vorrichtung in entkuppeltem Zustand.

Die Vorrichtung enthält ein mittels eines Gewindes 6 oder auf andere geeignete Weise an ein Bohrgestängerohr B anzuschließendes, aus mehreren miteinander verschraubten Teilen 2a. 2b, 2c bestehendes Außenrohr 2 mit einer Bohrkrone 3 an dessen unterem Ende. Irr. Inneren des Außenrohres 2 beendet sich eine mit diesem sowohl auf drehende Mitnahme als auch in Achsrichtung kuppelbare, insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnete Einheit, die einen Tragkörper 11, eine Schlageinrichtung 12 sowie ein Innenrohr 4 emiiält. Am unteren Ende des Innenrohres 4 befindet sich eine auswechselbare Bohrkrone 5. Die Bohrkrone bzw. das Innenrohr können auch mit sonstigen für die Gewinnung von Kernen geeigneten Elementen (z. B. Kernfänger. Kernfeder od. dgl.) versehen sein. Das Innenrohr 4 schließt einen Aufnahmeraum für den zu gewinnenden Kern ein. Am oberen Ende des Tragkörpers 11 ist ein relativ zu diesem verschiebbares Kopfstück 1 angeordnet, das einen Hülsenteil 8 mit darin vorgesehenen

J5 öffnungen 7 sowie einen Fangzapfen 9 aufweist. An dem letzteren kann eine am Ende eines Seiles oder sonstigen Zugorgans angebrachte Fangvorrichtung von an sich bekannter Art angreifen, derart, daß mittels dieser Fangvorrichtung sowohl das Kopfstück 1 relativ zum Tragkörper 11 verschoben werden als auch in dem in Fig.4 gezeigten Zustand die gesamte Einheit 10 in f :ialer Richtung durch das Außenrohr 2 und das Bohrgestänge B hindurch aufwärts und abwärts bewegi werden kann. In F i g. 4 ist strichpunktiert einer von beispielsweise drei hakenartigen Fangar.nen F einer Fangvorrichtung angedeutet. Die Fangvorrichtung kann im übrigen von bekannter Ausbildung sein, sofern sie die angegebene Funktion erfüllt. Sie läßt sich so ausbilden, daß sie innerhalb des Bohrgestänges mit dem Fangzapfen 9 kuppelbar und von diesem lösbar ist.

In Nuten 14 einer mit dem Tragkörper 11 verbundenen hülsenförmigen Verlängerung 13 desselben ist ein mit entsprechenden Leisten 15 versehener Ha-rmer 16 der Senkeinrichtung 12 undrehbar aber axial verschiebbar geführt. Mit seiner Oberseite stützt sich der Hammer 16 an einem Tellerfetlerpake\ 17 ab, das über Distanzringe 18 oder auch unmittelbar an einem Absatz 19 des Tragkörpers 11 Anlage findet. Der Weg des Hammers 16 in Richtung auf den Tragkörper

so 11 ist durch ein.· Schulter 20 im Inneren des Hammers 16 und eine Anschlagfläche 21 am Tragkörper 11 begrenzt. Unterhalb des Hammers 16 befindet sich ein Amboß 22, der auf einer Schulter eines Einsatzstückes 23 aufliegt und gegenüber diesem gegen Drehung

b-, gesichert ist. Wie in F i g. 2 an der betreffenden Stelle im Sinne einer Drauisicht gestrichelt angedeutet isr, hat der Amboß 22 zu diesem Zweck beispielsweise eine Öffnung mit Sechskantquerschnitt, die auf einen

Sechskantansatz 24 des Einsatzstückes 23 paßt. Der Hammer 16 weist an seiner Unterseite Vorsprünge 26 auf. denen am Amboß 22 eine gleiche Anzahl von Erhöhungen 25 mit jeweils von einer Seite her als schiefe Ebene ansteigenden und an einer Kante als Vertiefung senkrecht abfallenden Flächen zugeordnet ist. Die Anordnung ist derart, daß bei einer Drehung des Hammers 16 um die Mittelachse der Vorrichtung Schläge auf den Amboß 22 mit einer Frequenz ausgeübt werden, die sich aus der Drehzahl je Minute und der Anzahl der Vorsprünge 26 bzw. der Erhöhungen 25 mit zugehörigen Vertiefungen ergibt. Die Schlagzahl je Umdrehung kann beispielsweise im Bereich von drei bis sechs liegen. Die mit den Nuten 14 versehene hülsenförmige Verlängerung 13 des Tragkörpers 11 überträgt die Drehung des Bohrgestänges B auf den Hammer 16.

Am unteren Ende der hülscnförmigen Verlängerung !3 !St ein Abschlüßstück ?? ^m't finrr Dirhliinpsanordnung 28 befestigt, wobei die Dichtungen auf der zylindrischen Außenseite des Einsatzstückes 23 gleiten können. Mit dem unteren Ende des letzteren ist ein Ubergangskörper 29 verschraubt, an dem das Innenrohr 4 befestigt ist. Mit der Ziffer 30 ist ein Ausgleichsring bezeichnet. Der Übergangskörper 29 enthält ein Ventil 31. durch das beim Eintreten eines Kernes in den Raum des Innenrohres 4 verdrängte Spülung in den Ringraum zwischen der Einheit 10 und dem Außenrohr 2 entweichen kann.

Um den Tragkörper Π wahlweise mit dem Außenrohr 2 zu kuppeln, können Kupplungselemente vorgesehen sein, die sowohl eine Kupplung in Drehrichtung als auch eine Festlegung in axialer Richtung bewirken. Bei der dargestellten vorteilhaften Ausführung sind jedoch getrennte Kupplungselemente für die beiden Funktionen vorhanden.

An mehreren, z. B. drei über den Umfang verteilten Stellen sind in Ausnehmungen 32 des Tragkörpers 11 Kupplungsklauen 33 vorgesehen, und zwar in Form von jeweils um eine Achse 34 schwenkbaren Hebeln (Fig. 1). Diese stehen unter der Kraft einer Druckfeder 35 und sind mit einer Nase 36 versehen, die an einem Anschlag 37 zur Anlage kommen kann, wodurch die maximale Auswärtsposition der Kupplungsklauen 33 bestimmt is;. Auf ihren Außenseiten sind die Kupplungsklauen 33 leistenartig ausgebildet, so daß sie in Nuten 38 von angepaßter Form eingreifen können, die sich an dem Mittelteil 2b des Außenrohres 2 befinden. Hierdurch wird eine drehende Mitnahme des Tragkörpers II und der mit ihm verbundenen Teile einschließlich des HammTs 16 erreicht, wenn dem Außenrohr 2 über das Bohrgestänge B eine Drehung erteilt wird. Die lichte Weite des Außenrohres 2 in dem Bereich oberhalb der Nuten 38 und die lichte Weite des sich anschließenden Bohrgestänges ist größer als die größte äußere Abmessung der Kupplungsklauen 33 in ihrer maximalen Auswärtsposition.

In Ausnehmungen 40 des Tragkörpers 11 sind weiterhin an mehreren, z. B. zwei diametral gegenüberliegenden Stellen radial bewegliche Riegel 41 <· orgesehen. die unter der Belastung von Druckfedern 42 stehen. An der Innenseite des Außenrohres 2 ist eine Ausnehmung 43 mit einer umlaufenden Schulter 44 vorhanden. Vorsprünge 45 an den Riegeln 41 können in der nach außen gedruckten Position der letzteren an der Schulter 44 zur Anlage kommen, wodurch die gesamte Einheit 10 gegen eine axiale Aufwärtsbewegung gesichert und mit dem Außenrohr gekuppelt ist. Diese Wirkposition der Riegel 41 ist in F i g. 1 zu erkennen.

Aus ihrer Wirkposition sind die Riegel 41 in eine innere Ruheposition gemäß Fig.4 überführbar, wobei sie vollständig innerhalb der lichten Weite des Außenrohres 2 und des anschließenden Bohrgestänges liegen.

Bei der dargestellten Ausführung erfolgt das radiale Einwärtsbewegen der Riegel 41 in die Ruhestellung mittels eines Schiebers, der vom unteren Bereich des Hülsenteiles 8 des Kopfstückes 1 gebildet wird.

In F i g. 1 ist diejenige Lage der Kupplungselemente 33, 41 gezeigt, dir diese beim Einsatz der Vorrichtung, d. h. bei der Gewinnung eines Kernes während des Bohrens einnehmen. Die Drehung des Bohrgestänges B wird dabei über die von den Kupplungsklauen 33 hergestellte mitnehmende Verbindung auf den Tragkörper 11 mit der hülsenartigen Verlängerung 13 und von dieser auf den Hammer 16 übertragen, so daß dem sich ohne Drehung in den Bohrgrund einarbeitenden Innenrohr 4 mit dessen Bohrkrone 5 eine Schlagbewegung erteilt wird. Während des Bohrens kann Spülung durch die aus der Zeichnung ersichtlichen Kanäle und Ringräume bis zur Bohrkrone 3 gelangen, wo sie nach außen austritt

Ist ein Kern gewonnen, so wird die gesamte Einheit 10 aus Tragkörper 11, Schlageinrichtung 12 und Innenrohr 4 mittels der an einem Seil hängenden und am Fangz"Dfen 9 des Kopfstückes 1 angreifenden Fangvorrichtung Fangehoben, wobei sich zuerst das Kopfstück 1 mit seinem Hülsenteil 8 relativ zum Tragkörper 11 verschiebt und dadurch die Riegel 41 in die Ruheposition nach Fig. 4 bringt. Von diesem Augenblick an bewegt sich das Kopfstück 1 zusammen mit der gesamten Einheit 10 durch das Bohrgestänge nach oben, so daß der gewonnene Kern schließlich über Tage entnommen v/erden kann, während das Bohrgestänge B mit dem Außenrohr 2 im Bohrloch verbleibt.

Nach dem Entnehmen des Kernes kann die Einheit 10 zu jedem gewünschten Zeitpunkt an der Fangvorrichtung mittels des Zugorgans wieder durch das Bohrgestänge hinabgelassen werden, wobei die Kupplungsklauen 33 in die Nuten des Außenrohres 2 eingreifen und durch weiteres Absenken des Kopfstückes 1 auch die Riegel 41 von dem den Schieber bildenden Hülsenteil 8 freigegeben werden, so daß sie die Schulter 44 am AuClenrohr 2 untergreifen, wodurch sich wiederum der gekuppelte Zustand gemäß Fig. 1 ergibt. Der Tragkörper 11 ist mit einem Bund 47 versehen, während im Außenrohrteil Ib eine Schulter 48 vorhanden isi, wodurch beim Absenken der Einheit 10 in das Außenrohr 2 eine Wegbegrenzung nach unten hin gegeben ist. Falls die Kupplungsklauen 33 bei dem geschilderten Vorgang nicht den Nuten 38 im Außenrohr 2 gegenüber zu liegen kommen, sondern auf die dazwischenliegenden Bereiche auftreffen, können sie dank der Belastung durch die Federn 35 nach innen ausweichen. Sie rasten dann jedoch sogleich in die Nuten ein. wenn beim Bohrvorgang die Drehung des Außenrohres 2 mit dem Bohrgestänge beginnt.

Die in F i g. 2 erkennbaren Distanzringe 18 können in ihrer Anzahl oder in ihrer Länge verschieden gewählt werden und dadurch in vorteilhafter Weise zur Veränderung- des Hubes bzw. der auf den Hammer wirkenden Kraft der Feder 17 dienen. Es läßt sich dadurch eine günstige Anpassung an den verwendeten Hammer und/oder die verwendete Bohrkrone erreichen.

Je nach den Gegebenheiten kann der Ausgleichsring

30 (F i g. 2) auch fehlen, oder es können mehrere solcher Ringe vorhanden sein. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Einstellmöglichkeit, um den gewünschten Überstand des Innenrohres 4 über das Außenrohr 2 bzw. das Voreilen der inneren Bohrkrone 5 gegenüber der äußeren Bohrkrone 3 zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen, mit einem an ein Bohrgestänge anschließbaren oder durch einen Teil desselben gebildeten, am unteren Ende mit einer Bohrkrone od. dgl. ausrüstbaren oder versehenen Außenrohr, einem am unteren Ende mit einer Bohrkrone od. dgl. ausrüstbaren oder versehenen, einen Kernaufnahmeraum enthaltenden Innenrohr und mit einer durch eine Drehung des Außenrohres antreibbaren Schlageinrichtung mit einem Hammer und einem Amboß zur Erzeugung einer periodischen Axialbewegung des Innenrohres relativ zum Außenrohr, wobei das Innenrohr, die Schlageinrichtung sowie ein zugeordneter Tragkörper eine mittels eines Zugorgans in Achsrichtung des Außenrohres durch dieses hindurch bewegbare, im Außenrohr festlegbare Einheit bilden und ein mit einem Element der Schlageinrichtung auf drehende Mitnahme \erbundener Teil dieser Einheit drehfest mit dem Außenrohr kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Tragkörper (11) getrennte Kupplungselemente (33; 41) einerseits für eine lösbare Drehkupplung mit dem Außenrohr (2) und andererseits für eine lösbare axiale Festlegung an dem Außenrohr (2) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehkupplung an dem Tragkörper (11) radial bewegliche, jeweils durch eine Druckfeder (35) nach außen hin belastete Kupplungsklauen (33) und an iiem Außenrohr (2) Mitnehmernuten (38) zur Aufnahme der Ku^plung^ .lauen (33) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspru· ί 2, gekennzeichnet durch den Weg der Kupplungsklauen (33) nach außen begrenzende Anschläge (37).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsklauen (33) als Schwenkhebel ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenmaß der Kupplungsklauen (33) in ihrer maximalen Auswäridposition kleiner als das lichte Innenmaß des Außenrohres (2) oberhalb der Mitnehmernuten (38) ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Festlegung an dem Tragkörper (11) radial bewegliche, durch Druckfedern (42) belastete Riegel (41) und an dem Außenrohr (2) eine für die Anlage der Riegel (41) vorgesehene Schulter (44) zur lösbaren axialen Festlegung des Tragkörpers (11) relativ zum Außenrohr (2) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegel (41) mittels eines relativ zum Tragkörper (11) axial verstellbaren Schiebers (8) aus einer äußeren Greifposition in eine innere Ruheposition, in der sie innerhalb der lichten Weite des Außenrohres (2) liegen, überführbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (8) mit einem dem Tragkörper (11) zugeordneten, zum Angriff des Zugorgans od. dgl. bestimmten Kopfstück (1) verbunden oder Teil eines solchen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, gekennzeichnet durch den Weg der Einheit (10) nach unten begrenzende Anschläge (47,48) an der Einheit

(10) und am Außenrohr (2).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Hammers (16) in Richtung auf den Tragkörper (11) durch einander zugeordnete Anschläge (20, 21) begrenzt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper

(11) mit einer die Schlageinrichtung (12) rmgebenden hülsenförmigen Verlängerung (13) versehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmige Verlängerung (13) einen Drehmitnehmer für den Hammer (16) der Schlageinrirhtung (12) bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die hülsenförmige Verlängerung (13) oder ein mit dieser verbundener Teil (27) eine Führung für das den Kernaufnahmeraum enthaltende Innenrohr (4) oder für einen mit diesem verbundenen Teil (23) bildet