DE4210872A1 - Bohrgeraet - Google Patents

Description

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

Bei derartigen bekannten Bohrgeräten wird ein langer hydrau­ lischer Arbeitszylinder dazu verwendet, den Bohrtisch anzu­ heben und abzusenken. Es gibt zwar Arbeitszylinder mit recht großem Hub; auch mit derartigen teuren Arbeitszylin­ dern läßt sich aber der Bohrtisch nicht über die gesamte Länge des Mäklers bewegen, dessen Länge in der Praxis bei etwa 20 m in liegt. Typischerweise beträgt der Hub eines der­ artigen Vorschubzylinders etwa 8 m.

Für verschiedene Anwendungen wäre es aber wünschenswert, den Bohrtisch um eine noch größere Strecke, vorzugsweise über die gesamte Länge des Mäklers bewegen zu können.

Hierzu schafft die Erfindung ein Bohrgerät gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät wird die Verfahrbarkeit des Bohrtisches auf dem Mäkler um sehr große Strecken mit geringem mechanischem Aufwand erzielt. Die Antriebseinrich­ tung arbeitet auch im Langzeitbetrieb zuverlässig und er­ fordert nur wenig Wartung. Durch den Spannzylinder wird unabhängig von äußeren Störeinflüssen (Temperaturänderungen, elastische Längung des Spillseiles unter Last, unterschied­ liche Länge des momentan auf einer gewölbten Oberfläche auf­ gewickelten Abschnittes des Spillseiles) eine konstante Spannung im Spillseil aufrechterhalten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 3 befinden sich beide Befestigungsstellen des Spillseiles auf dem Bohrtisch, sind also nach einem Absinken des Bohrtisches zur Erdoberfläche leicht zugänglich. Man kann so das Spillseil besonders leicht ab- und anbauen. Darüber hinaus ist das untere Ende des Mäklers frei von der Spanneinrichtung, so daß der Bohr­ tisch bis zum unteren Mäklerende bewegt werden kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf kompakten Aufbau der Spanneinrichtung auf dem Bohrtisch von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die Seiltrums über den größten Teil ihrer Erstreckung unter kleinem Abstand vor der Mäklervorderflä­ che laufen.

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 6 baut der Antrieb zur Höhenverstellung des Bohrtisches besonders kompakt und läßt sich auf dem Bohrtisch noch unterbringen, ohne daß die Hand­ habung der Antriebsstange für das Bohrwerkzeug behindert würde.

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 7 hat man eine drehmomen­ tenfreie Höhenverstellung des Bohrtisches. Darüber hinaus hat man dann, wenn jedes der Spillseile so ausgelegt ist, daß es das gesamte Gewicht des Bohrtisches zu tragen vermag, auch doppelte Sicherheit.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß 9 oder Anspruch 10 ist es möglich, den Bohrtisch auch mit großer Kraft nach unten zu drücken (z. B. um einen Bohrer in hartem Untergrund vorwärts zu treiben oder ein Bohrrohr, mit welchem die Bohrlochwand abgestützt werden soll, in das Bohrloch hinein­ zudrücken) oder auch mit großer Kraft nach oben zu bewegen (z. B. um Bohrrohr zu ziehen).

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ermög­ licht das Ausgleichen großer Änderungen des Spillseiles bei kleinem Hub des Spannzylinders.

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

Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines Bohrgerätes, das an einem Fahrgestell befestigbar ist;

Fig. 2 eine seitliche Ansicht des Bohrgerätes nach Fig.;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Hydraulikanlage, die zum nach unten und nach oben Bewegen des Bohrtisches des Bohrgerätes nach den Fig. 1 und 2 dient;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Hydraulik­ anlage, die zum nach unten und nach oben Bewegen des Bohrtisches des Bohrgerätes nach den Fig. 1 und 2 dient;

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, in welcher jedoch ein abgewandeltes Bohrgerät gezeigt ist;

Fig. 6 eine seitliche Ansicht eines Bohrtisches mit ab­ gewandelter Befestigung des unteren Endes des Spillseiles; und

Fig. 7 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 5, in welcher ein weiter abgewandeltes Bohrgerät gezeigt ist.

In Fig. 1 ist mit 110 ein Mäkler bezeichnet, der über zwei in seinem unteren Abschnitt vorgesehene rückseitige in Mäk­ lerlängsrichtung beabstandete Haltelaschen 112, 114 mit einem in den Fig. 1 und 2 nicht wiedergegebenen Fahrge­ stell verbindbar ist.

Auf dem Mäkler 110 ist ein als Trägerfachwerk ausgebildeter Bohrtisch 116 geführt. Dieser trägt einen Motor 118, der auf eine um eine vertikale Achse drehbare Antriebshülse 120 arbeitet. Diese hat eine mittige Vierkant-Aufnahme für eine Bohrerstange (nicht gezeigt).

Beim oberen Ende des Mäklers 110 sind zwei Umlenkscheiben 122a, 122b symmetrisch zur Mäklermittelebene gelagert. Ihre Achsen stehen senkrecht auf der Mäklervorderfläche. Ähnlich sind beim unteren Ende des Mäklers 110 zwei Umlenkscheiben 124a, 124b vorgesehen. Über diese Umlenkscheiben laufen zwei Spillseile 128a, 128b, deren eines, "oberes" Ende jeweils an einer Befestigungslasche 130a, 130b des Bohrti­ sches 116 befestigt ist, deren innenliegendes Trum einen mehrere Windungen umfassenden Seilabschnitt 132a, 132b auf­ weist, der über eine Windentrommel 134a bzw. 134b geführt ist, wobei die Ebenen dieser Windungen senkrecht auf der Zeichenebene stehen; das zweite, "untere" Ende der Spill­ seile 128 ist jeweils mit dem Ende einer Kolbenstange 136a, 136b verbunden, die zu einem hydraulischen Spannzylinder 138a, 138b gehört, der auf der in Fig. 1 linken bzw. rech­ ten Seitenfläche des Bohrtisches 116 fest angebracht ist.

Die Windentrommeln 134a, 134b sind als hohle Teile ausge­ bildet, und in ihrem Inneren sind Hydromotoren 140a, 140b angeordnet.

Die Spannzylinder 138 halten die Spillseile 128 unter so großer Zugspannung, daß die Spillseile nicht auf der Ober­ fläche der Windentrommeln 134 rutschen. Verbindet man nun die eine Arbeitsöffnung der Hydromotoren 140 mit einer Druckmittelquelle, ihre andere Arbeitsöffnung mit einer Rücklaufleitung, so drehen sich die Hydromotoren in einer Richtung, z. B. in Fig. 1 von links gesehen im Uhrzeiger­ sinne, und hierdurch wird der Bohrtisch 116 angehoben. Bei hydraulischer Verriegelung der Hydromotoren 140 bleibt die Lage des Bohrtisches 116 erhalten, und bei Vertauschen der Druckbeaufschlagung der Hydromotoren 140 wird der Bohr­ tisch 116 abgesenkt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Hydromotoren 140a und 140b parallel geschaltet an die Auslaßöffnungen eines 4/3-Servoventiles 142 angeschlossen, dessen eine Einlaßöff­ nung mit der Vorderseite einer Druckölpumpe 144 und dessen andere Einlaßöffnung mit einer Rücklaufleitung 146 verbun­ den ist. Die Erregung der Magnete des Servoventiles 142 erfolgt unter Verwendung eines Umschalters 148.

An die Förderseite der Druckölpumpe 144 und an die Rück­ laufleitung 146 können im übrigen auch noch der Motor 118 und weitere Druckölverbraucher des Bohrtisches angeschlos­ sen sein, die mit vergleichbarem Arbeitsdruck arbeiten. Hierunter könnten im Prinzip auch die Spannzylinder 138 sein. Beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel wird für diese aus Sicherheitsgründen und im Hinblick auf besonders hohen verfügbaren Druck eine gesonderte Druckölversorgung vorgezogen.

Zu dieser gehört eine Druckölpumpe 150, die über ein in die Durchlaßstellung vorgespanntes 2/2-Servoventil 152 mit den parallel geschalteten Arbeitsräumen der Spannzylinder 138 verbunden ist. An den Auslaß der Druckölpumpe 150 ist ein erstes Druckbegrenzungsventil 154 angeschlossen, welches zu einer Rücklaufleitung 156 führt. Der Auslaß des Servo­ ventiles 152 ist über ein zweites Druckbegrenzungsventil 158 mit der Rücklaufleitung 156 verbunden. Der Öffnungs­ druck des zweiten Druckbegrenzungsventiles 158 ist erheb­ lich größer als derjenige des ersten Druckbegrenzungsven­ tiles 154. Typischerweise kann sein Öffnungsdruck etwa das sechs- bis zehnfache des Öffnungsdruckes des ersten Druck­ begrenzungsventiles betragen.

Der Betätigungsmagnet des Servoventiles 152 ist mit demje­ nigen Ausgang des Umschalters 148 verbunden, von dem her auch derjenige Magnet des Servoventiles 142 erregt wird, der das Absenken des Bohrtisches 116 herbeiführt.

Die in Fig. 3 gezeigte Hydraulik arbeitet folgendermaßen:

Da die zweiten Arbeitsräume der Spannzylinder entlüftet (oder frei mit dem Rücklauf verbunden) sind, erfolgt das Nachspannen durch Zuführen von Drucköl zum Arbeitsraum, das Nachlassen durch Verdrängen von Hydrauliköl aus dem Arbeitsraum.

Steht der Bohrtisch 116 still oder wird er angehoben, so befindet sich das Servoventil 152 in der in der Zeichnung wiedergegebenen Ruhestellung. In den Arbeitsräumen der Spannzylinder 138 wird der durch das erste Überdruckventil 154 vorgegebene Druck aufrechterhalten. Wird das Spillseil effektiv länger, z. B. weil es nun mit einem größeren Ab­ schnitt über den kleineren mittigen Abschnitt der gewölb­ ten Windentrommel 134 geführt wird, spannt der zugeordnete Spannzylinder 138 diese zusätzlich zur Verfügung stehende Seillänge weg. Umgekehrt kann der Spannzylinder 138 durch Ausfahren seiner Kolbenstange 136 auch jederzeit wieder ein Seilstück bereitstellen, wenn das Spillseil nun über größeren Durchmesser aufweisende Randabschnitte der Winden­ trommel geführt wird. Das zweite Druckbegrenzungsventil 158 ist unter dessen Arbeitsbedingungen stets geschlossen.

Wird der Umschalter 148 in die in Fig. 3 untere Arbeits­ stellung bewegt, wodurch der Bohrtisch 116 nach unten be­ wegt wird, so wird das Servoventil 152 in die Schließstel­ lung geschaltet. Nun stellen die Spannzylinder 138 eine harte Abfederung des unteren Endes des Spillseiles dar, und man kann über die Windentrommel 134 am Spillseil nun mit großer Kraft nach oben ziehen, wodurch der Bohrtisch mit entsprechend großer Kraft nach unten gedrückt wird, z. B. um ein Bohrrohrstück mit großer Kraft vorzutreiben. Unter derartigen Arbeitsbedingungen öffnet dann das zweite Druckbegrenzungsventil 158 bevor im betrachteten Spillseil eine Spannung auftritt, die zu einer Beschädigung oder zu einer Zerstörung dieses Seiles führen könnte.

In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 könnte man die Druckleitung der hydraulischen Spanneinrichtung direkt auch mit der Förderseite der ersten Druckölpumpe 144 und die Rücklaufleitung 156 auch direkt mit der Rück­ laufleitung 146 verbinden, wenn man über die Bemessung der Spannzylinder 138 gewährleistet, daß auch bei niedereren Drücken eine ausreichende Spannkraft bereitgestellt wird. Im Hinblick auf möglichst kompakten Aufbau des Bohrtisches ist es aber vorzuziehen, mit kleineren Spannzylindern aus­ zukommen und dafür mit höherem Druck in der hydraulischen Spanneinrichtung zu arbeiten.

Eine weitere Abwandlung der Hydraulikanlage nach Fig. 3 zeigt Fig. 4. Zur wahlweisen Erhöhung des Öffnungsdruckes ist das Druckbegrenzungsventil 154 mit einem Vorspannzylin­ der 155 versehen, der hier als mit der Vorspannfeder mecha­ nisch in Reihe geschaltet gezeigt ist, für sehr starke Änderungen des Öffnungsdruckes aber auch parallel zur Vorspannfeder angeordnet werden kann. Sein Arbeitsraum ist mit dem in Fig. 4 oberen Auslaß des Servoventiles 142 verbunden, wo beim Nachuntenbewegen des Bohrtisches Druck ansteht.

Die Hydraulikanlage nach Fig. 4 arbeitet wie die nach Fig. 3: Beim Nachuntenbewegen des Bohrtisches 116 sind die Spannzylinder 138 harte Federn; beim Nachobenfahren des Bohrtisches ist der Vorspannzylinder 155 drucklos, und das Druckbegrenzungsventil öffnet gegen die bloße Kraft seiner Vorspannfeder.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind Teile des Bohr­ gerätes, die obenstehend schon beschriebenen Teilen von der Funktion her entsprechen, wieder mit denselben Bezugs­ zeichen versehen. Diese werden nachstehend nicht nochmals im einzelnen beschrieben.

Bei dem Bohrgerät nach Fig. 5 erstrecken sich die beiden Spillseile 128a und 128b parallel zu den Seitenflächen des Mäklers 110. Obere Enden der Spillseile sind direkt an seitlichen Ansätzen 160a, 160b des Mäklers 110 festgelegt. Die unteren Enden der Spillseile sind mit den Kolbenstan­ gen 136 der Spannzylinder 138 verbunden, die nun an un­ teren seitlichen Ansätzen 162a, 162b des Mäklers 110 fest­ gelegt sind.

Die Windentrommeln 134 sind nun in seitlich auskragenden Lagergehäusen 164a, 164b angeordnet, die wieder beim oberen Ende des Bohrtisches 116 liegen.

In Verbindung mit dem Bohrgerät nach Fig. 5 kann die hy­ draulische Schaltung gemäß Fig. 3 oder 4 gleichermaßen verwendet werden. Die Funktion des Bohrgerätes ist im wesentlichen die gleiche.

Will man mit einem Spannzylinder verhältnismäßig kleinen Hubes größere Längenänderung in einem Spillseil kompensie­ ren, so kann man das eine Ende des Spillseiles anstelle direkter Befestigung an der Kolbenstange 136 über eine Flaschenanordnung 166 führen, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die eine, feststehende Rollenanordnung 168 des Flaschenzuges ist z. B. fest mit der Unterseite des Bohrtisches 116 verbunden, während die andere, vertikal verschiebbar am Bohrtisch 116 geführte Rollenanordnung 170 an die Kolbenstange 136 des Spannzylinders 138 angekoppelt ist. In an sich bekannter Weise erhält man so für jedes Rollenpaar eine Verdoppelung des bei gegebenem Hub des Spann­ zylinders wegspannbaren Seilstückes.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 entspricht demjenigen nach Fig. 5 mit der Maßgabe, daß die oberen Enden der Spillseile 128a, 128b durch zusätzliche hydraulische Spann­ zylinder 172a, 172b mit dem oberen Mäklerende verbunden sind.

Die Zusatz-Spannzylinder 172 werden analog zu den Spann­ zylindern 138 an den Ausgang der Druckölpumpe 144 ange­ schlossen, wobei aber ein gesondertes Trennventil für die Zusatz-Spannzylinder vorgesehen wird. Letzteres wird dann erregt. Wenn der Bohrtisch 116 zum Ziehen eines Bohrrohres mit besonders großer Kraft nach oben bewegt werden soll. Unter allen anderen Betriebsbedingungen werden die Zusatz- Spannzylinder nur mit dem durch das erste Druckbegrenzungs­ ventil 154 eingestellten Druck beaufschlagt.

Claims (11)

1. Bohrgerät mit einem Mäkler (110), mit einem auf diesem verfahrbaren Bohrtisch (116) und mit einer Antriebsein­ richtung zum Anheben und Absenken des Bohrtisches (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung auf­ weist: mindestens ein Spillseil (128), welches einen bei einem oberen Mäklerabschnitt abgestützten (122) oberen Seil­ abschnitt und einen bei einem unteren Mäklerabschnitt abge­ stützten (124) unteren Seilabschnitt aufweist, sowie eine Windentrommel (134), die drehbar auf dem Bohrtisch (116) angeordnet ist und über welche ein mindestens eine volle Windung, vorzugsweise mehrere volle Windungen umfassender Abschnitt (132) des Spillseiles (128) kraftschlüssig gewic­ kelt ist, und daß mindestens einem der Enden des Spillsei­ les (128) ein hydraulischer Spannzylinder (138) zugeordnet ist.

2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein einziger Spannzylinder (138) dem nicht mit dem Gewicht des Bohrtisches (116) belasteten Ende des Spillseiles (128) zugeordnet ist.

3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spillseil (128) um eine beim oberen Ende des Mäklers (110) vorgesehene obere Umlenkscheibe (122) sowie eine beim unteren Ende des Mäklers (110) vorgesehene untere Umlenkscheibe (124) umläuft und das eine Ende des Spillseiles (128) direkt oder über einen Zusatz-Spannzylin­ der mit dem Bohrtisch (116) verbunden und das andere Ende des Spillseiles (128) mit dem Abtriebsteil (136) des Spann­ zylinders (138) verbunden ist, wobei der Spannzylinder (138) auf dem Bohrtisch (116) fest angebracht ist.

4. Bohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannzylinder (138) und gegebenenfalls der Zusatz-Spannzylinder auf einer Seitenfläche des Bohrtisches (116) angebracht ist.

5. Bohrgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Achsen der Umlenkscheiben (122, 124) senk­ recht auf der vorderen Mäklerfläche stehen.

6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Windentrommel (134) hohl ausge­ bildet ist und einen auf sie arbeitenden Hydromotor (140) aufnimmt.

7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, die spiegelbildlich zur Mäklermittelebene sind.

8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gruppe der Spannzylinder (138) für die unteren Seilenden und eine etwaige Gruppe von Spann­ zylindern (172) für die oberen Seilenden jeweils an minde­ stens ein Druckbegrenzungsventil (154) angeschlossen sind.

9. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbegrenzungsventile (154) jeweils einen Vorspann­ zylinder (155) aufweisen, der für die untere Spannzylinder­ gruppe beim Abwärtsfahren des Bohrtisches (16), für die obere Spannzylindergruppe (172) beim Aufwärtsfahren des Bohr­ tisches mit Druck beaufschlagt wird, um den Öffnungsdruck heraufzusetzen.

10. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzylinder (138 , 172) über ein Servo- Trennventil (152) mit dem Druckbegrenzungsventil (154) verbindbar sind und ständig mit einem zweiten Druckbe­ grenzungsventil (158) verbunden sind, welches höheren Öffnungsdruck hat als das erste Druckbegrenzungsventil (154), und daß für die untere Spannzylindergruppe (138) das Trennventil (152) durch Betätigen eines Bohrtisch-Steuer­ hebels (158) zwangsweise in die Offenstellung gesteuert wird, wenn der Bohrtisch (116) angehoben wird, und zwangs­ weise in die Schließstellung gesteuert wird, wenn der Bohrtisch (116) nach unten bewegt wird, während für eine etwaige obere Spannzylindergruppe (172) das Trennventil (152) durch Betätigen eines Bohrtisch-Steuerhebels (158) zwangsweise in die Offenstellung gesteuert wird, wenn der Bohrtisch (116) abgesenkt wird, und zwangsweise in die Schließstellung gesteuert wird, wenn der Bohrtisch (116) nach oben bewegt wird.

11. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mit dem Spannzylinder (138) zusammenarbeitende Ende des Spillseiles (128) über eine Flaschenanordnung (166) geführt ist, die eine feststehende Rollenanordnung (168) sowie eine bewegliche Rollenanordnung (170) aufweist, und daß der Spannzylinder (138) an der be­ weglichen Rollenanordnung (170) angreift.