Vorrichtung zum Bohren von Löchern mit grossem Durchmesser in hartem Erdgrund, besonders Gestein, unter gleichzeitiger Wirkung mehrerer Einzelbohrer Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren von Löchern mit grossem Durchmesser in hartem Erdgrund, besonders Gestein, unter gleich zeitiger Wirkung mehrerer Einzelbohrer.
Die Vor richtung nach der Erfindung kennzeichnet sich durch einen Bohrkopf mit darin derart angeordneten Meis- selbohrern, dass ihre Schneiden in einer kegeligen Fläche zur Einwirkung gelangen, einen Halter, in dem der Bohrkopf drehbar gelagert ist und der einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren für die Meisselbohrer trägt, sowie einen Führungsteil, der den Halter umschliesst und in dem der Halter längs verschiebbar gelagert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht und Fig. 2 ein Längsschnitt des Bohrgeräts in seiner Arbeitslage in einem Bohrloch.
Fig. 3 und 4 sind Querschnitte nach den Linien III-111 bzw. IV-IV in Fig. 2.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einzel bohrers im Längsschnitt.
Das dargestellte Bohrgerät besteht aus drei Hauptteilen, nämlich einem Bohrkopf 1, in dem mehrere gleichzeitig arbeitende Einzelbohrer gelagert sind, einem Halter 2, in dem der Bohrkopf 1 dreh bar gelagert ist, sowie einem Führungsteil 3, in dem der Halter 2 längsverschiebbar geführt ist und der an die Wand des Bohrlochs A anspannbar ist.
Gemäss der Zeichnung arbeitet das Bohrgerät in einem lotrechten Bohrloch A und die nachstehenden Richtungsangaben beziehen sich auf diese Lage, doch sei bemerkt, dass das Bohrloch auch eine andere Lage haben kann, beispielsweise eine waagrechte. In der Arbeitslage ist der Führungsteil 3 mit Hilfe von Klemmbacken 6 im Bohrloch festgespannt. Die Klemmbacken 6 sind mit Hilfe von hydraulischen Zylindern 5 durch Öffnungen im Mantel des Füh rungsteils verschiebbar. Die Zylinder 5 sind an eine selbsttätig wirkende oder von oben her steuerbare Druckflüssigkeitspumpe 4 oder an eine Druckleitung angeschlossen.
Der Bohrkopf 1 ist mit Hilfe einer Hohlwelle 51 im Halter 2 drehbar gelagert. Die Hohlwelle wird durch ein Zahnrad- oder Kettengetriebe 52 angetrie ben, dessen Antriebswelle mit einem im Halter an geordneten, mit einem Schneckengetriebe versehenen Motor 24 gekuppelt ist. Im Halter 2 ist ferner ein elektrischer Antriebsmotor 7 für die im Bohrkopf angeordneten Einzelbohrer vorgesehen. Diese werden im Ausführungsbeispiel durch eine Nockenscheibe 9 betätigt, die die Form eines Exzenters hat und im Bohrkopf angebracht ist sowie durch die Motorwelle 8 angetrieben wird.
Die Bewegung der Nocken scheibe wird mit Hilfe von sechs Gestängen 10 auf die verschiedenen Einzelbohrer übertragen, wobei ein Gestänge mehrere Einzelbohrer in Bewegung ver setzen kann.
Der Bohrkopf hat unten die Form eines mit seiner Spitze nach unten gerichteten Kegels. Die Schäfte und Meissel der im Bohrkopf schräg zur Eintreib- richtung gelagerten Einzelbohrer liegen ausserhalb des Kegelmantels. Vorzugsweise liegen die Längs achsen einiger oder aller Einzelbohrer in Ebenen, die parallel zur Längsachse des Bohrkopfes, aber seitlich dieser Längsachse liegen. Gegebenenfalls können die Längsachsen einiger der Einzelbohrer parallel zur Längsachse des Bohrkopfes sein. Die Schneiden der Einzelbohrer bilden zusammen im grossen ganzen eine Bohrspitze.
Die als Meisselbohrer ausgebildeten Einzelbohrer bearbeiten jeweils einen geringen Teil des Gesteins, das zwecks Bildung des Bohrlochs zu beseitigen ist. Sie sind im Ausführungsbeispiel stufen weise übereinander in verschiedenen Absätzen an geordnet und sind der Deutlichkeit halber nicht alle in der Zeichnung dargestellt. Es sind jedoch die ver schiedenen Absätze b-h angedeutet, in denen je ein oder mehrere Einzelbohrer gleichzeitig arbeiten. Die Anzahl dieser Einzelbohrer in den verschiedenen Absätzen wird zweckmässig so gewählt, dass jeder Einzelbohrer etwa die gleiche Materialmenge ent fernt.
In den obersten Absätzen können beispiels weise je sechs Einzelbohrer arbeiten, in den zwei fol genden Absätzen je vier usw. In der Zeichnung ist nur ein Einzelbohrer 18 im obersten Absatz und ein Einzelbohrer 18' eines der unteren Absätze darge stellt. Ausserdem ist ein Einzelbohrer 17 gezeigt, der an der Spitze des Bohrkopfs arbeitet. In Fig. 2 ist leicht zu sehen, dass die Schneiden in kegeligen Flä chen zur Einwirkung gelangen.
Der Einzelbohrer 17 hat die Aufgabe, den er sten, mittleren Teil 16 des Bohrlochs herzustellen, der als Führung für den Bohrkopf dienen kann. Der Einzelbohrer 17 ist schräg zur Längsrichtung des Bohrkopfs gerichtet und hat eine solche Lage, dass das eine Ende seiner Schneide auf der Längsachse des Bohrkopfs liegt, so dass der Durchmesser des Führungslochs 16 etwa doppelt so gross ist als die Länge der Meisselschneide. Der Bohrkopf 1 hat an seinem unteren Ende einen Führungskragen 23 oder dergleichen, der in das Führungsloch 16 eintritt.
Es sei bemerkt, dass auf den Bohrer 17 verzichtet wer den kann, falls vorher ein enges Führungsloch vor gebohrt wird (Fig. 1), das ungefähr denselben Durchmesser hat wie der Führungskragen 23.
Die meisselförmigen Schneiden der Einzelbohrer sind zweckmässig im wesentlichen radial zur Mitte des Bohrkopfs hin gerichtet. In Absätzen mit zwei oder mehr Einzelbohrern ist es jedoch vorteilhaft, die Schneiden abwechselnd nach der einen und an deren Seite des entsprechenden Halbmessers des Ab satzes zu richten, so dass die durch die Schneiden gehenden Geraden einander kreuzen. Dadurch wird das gelöste Material in grösseren Stücken erhalten als bei rein radial gerichteten Schneiden.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einzel bohrers, der durch das Gestänge 10 betätigt wird, das mit einem Stössel 11 verbunden ist. Der Schaft 55 des Meissels 54 ist in einer Stange 12 befestigt, die mit einem Federgehäuse 12a verbunden ist und zusammen mit diesem in der Längsrichtung ver schiebbar in einem Aussengehäuse 14 geführt wird. Der Stössel 11 hat einen scheibenförmigen Anschlag 11a, an dessen beiden Seiten je eine Feder 13 an liegt. Die entgegengesetzten Enden der Federn 13 stützen sich am Federgehäuse 12a ab.
Die hin- und hergehende Bewegung des Stössels 11 wird auf das Federgehäuse und den Meissel übertragen. An den Enden des Gehäuses 14 sind zwei einander entgegen wirkende Federn 15 angeordnet, die das Federge häuse 12a schwebend im Aussengehäuse halten. Die Federn 15 sind so bemessen, dass die Eigen frequenz des beweglichen Bohrsystems 12, 13 unge fähr gleich gross oder etwas niedriger ist als die dem Stössel 11 aufgezwungene Frequenz.
Die Aussengehäuse 14 der Einzelbohrer sind vorzugsweise fest im Bohrkopf 1 gelagert mit Aus nahme der Aussengehäuse des obersten Absatzes, die zwecks Erleichterung des Emporziehens des Bohrgeräts aus dem Bohrloch nach innen verschieb bar geführt sind. Im Ausführungsbeispiel bestehen diese Aussengehäuse aus Führungshülsen 19, die un ter der Einwirkung von Federn 20 stehen, welche die Einzelbohrer in den Bohrkopf hineinzuschieben stre ben.
Entgegen der Wirkung dieser Rückführfedern 20 werden die Einzelbohrer in die Arbeitslage mit Hilfe von hydraulischen Zylindern 22 geschoben, die von einer Druckpumpe 21 oder einer Druckleitung gespeist werden. Die Zuführung des Druckmittels kann so gesteuert sein, dass die Einzelbohrer zu Be ginn des Bohrens selbsttätig in die Arbeitslage ge bracht werden.
Im Ausführungsbeispiel, bei dem ein lotrechtes Loch gebohrt wird, ist der Halter 2 mit einem Draht seil 26 verbunden, mit dem das Bohrgerät gehoben oder gesenkt werden kann. Oben im Halter 2 sind hydraulische Zylinder 25 befestigt, in denen Kolben laufen, deren Stangen mit dem Führungsteil 3 ver bunden sind. Das Bohren erfolgt stufenweise, wobei zunächst der Halter 2 und der Bohrkopf 1 mit Hilfe des Seils 26 in einer Lage gehalten werden, in der die Einzelbohrer sich etwas oberhalb der Sohle des Bohrlochs befinden. Wie mit vollen Linien in Fig. 2 gezeigt, stützt sich der Führungsteil 3 auf dem Halter 2 ab.
Beim Bohren wird zunächst der Führungsteil mit Hilfe der Backen 6 im Bohrloch eingespannt, worauf der Motor 7 inganggesetzt und das Seil 26 losgelas sen wird, so dass das Gerät zum Teil auf den Meis- selbohrern steht. In dem Masse wie die Einzelbohrer sich bei umlaufendem Bohrkopf nach unten arbeiten, entweicht die Flüssigkeit aus den Zylindern 25, da der Halter 2 auf den Flüssigkeitspolstern oberhalb der Kolben ruht. Die Flüssigkeit wird durch eine mit einem Drosselventil 28 versehene Leitung nach oben in einen Behälter 27 gedrückt.
Durch Verstellen des Drosselventils lässt sich der Druck auf die Einzel bohrer und damit die Bohrgeschwindigkeit regeln. Beim Bohren kann sich der Halter 2 nicht gegenüber dem Führungsteil 3 drehen, da er daran durch unge fähr gerade Leisten 29 am Führungsteil gehindert wird. Am Ende der Abwärtsbewegung nimmt der Führungsteil 3 die mit gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigte Lage gegenüber dem Halter 2 ein.
Der An trieb wird nun abgeschaltet und dabei werden die Klemmbacken 6 gelöst, so dass der Führungsteil 3 infolge seiner eigenen Schwere über den am Seil hängenden Halter 2 nach unten geht, bis die Teile wieder die in Fig. 2 mit vollen Linien gezeigte Lage einnehmen. Dabei werden die Zylinder 25 aus dem Behälter 27 über eine mit einem Rückschlagventil 30 versehene Rücklaufleitung mit Flüssigkeit gefüllt, worauf das Gerät für die nächste Bohretappe bereit ist.
Beim Bohren wird vorzugsweise Wasser zuge führt, und zwar durch einen Schlauch 31 und einen im Führungsteil 3 angeordneten Düsenring 32. Das herabrinnende Wasser nimmt die gelösten Teile mit sich, die im Wasser aufgeschlämmt werden und sich an der Bohrlochsohle ansammeln. Eine Schlamm pumpe 33 saugt das Schlammwasser durch Schläuche 34, 35 und ein Rohr 36 an, das sich durch die Mo torwelle 8 und den Motor 7 erstreckt, und drückt es durch einen Schlauch 37 nach oben aus dem Bohr loch.
Mit 38 und 39 sind am Halter 2 beziehungsweise Führungsteil 3 federnd angebrachte Rollen bezeich net, die das Gerät beim Hinabführen oder Heraus ziehen aus dem Bohrloch führen. Falls das Gerät zum Bohren waagerechter oder schwach geneigter Löcher verwendet wird, können diese Rollen Treib- rollen sein. Beim Bohren von Löchern, die von der vertikalen Richtung stark abweichen, können die Zy linder 25 doppelwirkend sein und mit Druckflüssig keit gespeist werden. In diesem Fall sind einige Än- derungen bezüglich der Wasserspülung erforderlich.
Um Abweichungen des Bohrgeräts von der beab sichtigten Eintreibrichtung zu korrigieren, kann bei- spelsweise die Druckmittelzufuhr zu den auf die Backen 6 wirkenden Druckzylindern 5 von der Bo denoberfläche her regelbar sein. Gegebenenfalls kön nen diese drei Backen je paarweise in Höhenrich tung vorgesehen sein. Ein Signal über die Abwei chung kann durch einen Winkelregler gegeben wer den, der die Abweichung von der vorgeschriebenen Eintreibrichtung anzeigt.
Beispielsweise kann im Hal ter 2 ein Lot oder ein Pendel in Form einer elek trisch leitenden Stange angeordnet sein, das an sei nem Aufhängungspunkt an eine elektrische Strom quelle angeschlossen ist. Bei vertikaler Lage des Ge räts hängt das Pendel frei herab, während es bei Abweichung von der vertikalen Lage des Geräts an einen von mehreren Kontakten anschlägt, die den unteren Teil des Pendels umgeben. Dabei wird ein Stromkreis geschlossen, der ein auf der Bodenober fläche ablesbares Signal über dieArt derAbweichung abgibt.
Durch Änderung der Druckmittelzufuhr zu den Zylindern 5 lässt sich dann das Gerät wieder in die gewünschte Lage bringen.
Mit der beschriebenen Vorrichtung können Lö cher zwischen 40 cm und 200 cm gebohrt werden.