DRILLING APPARATUS

Abstract: 1. Drilling device having a tubular outer rod means (10) carrying an annular bore-crown (42), an inner rod means (11) extending in the outer rod means (10) and carrying an inner bore-crown (43), a common advance device for both rod means, being arranged as a slide (37) movable in longitudinal direction of both rod means and carrying a rotary drive (13) for the outer rod means (10) and a rotary percussion drive (28) for the inner rod means (11), and an adjusting device (39) for varying the mutual distance between the rotary percussion drive (28) and the rotary drive (13) on the slide (37), characterized in that a tube portion (12), extending through the rotary drive (13), is fastened to the rear end of the outer rod means (10), the end (27) of said tube portion (12) being arranged behind the rotary drive (13), and in that the inner rod means (11), in the area between the rotary drive (13) and the rotary percussion drive (28), is provided with a radially projecting annular collar (35), the front end face (36) of said annular collar (35) being adapted to be set against the end (27) of the tube portion (12) by the adjusting device (39).

Description: Bohrvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem eine Ringbohrkrone tragenden rohrförmigen Aussengestänge, einem in dem Aussengestänge verlaufenden, eine zentrische Innenbohrkrone tragenden Innengestänge, einer gemeinsamen Vorschubvorrichtung für beide Gestänge in Form eines in Längsrichtung der Gestänge verfahrbaren Schlittens, der einen Drehantrieb für das Aussengestänge und einen Drehschlagantrieb für das Innengestänge trägt, und mit einer Stellvorrichtung zum Verändern des gegenseitigen Abstandes zwischen Drehschlagantrieb und Drehantrieb auf dem Schlitten. Eine bekannte Bohrvorrichtung dieser Art (DE-OS 29 24 393) ist mit einem Drehantrieb für das Aussengestänge versehen. Durch den Drehantrieb ragt das Innengestänge hindurch. Am rückwärtigen Ende des Innengestänges ist in axialer Ausrichtung mit dem Drehantrieb ein Drehschlagantrieb auf dem Schlitten angebracht. Während das Innengestänge gedreht und geschlagen wird, wird das Aussen gestänge ausschliesslich gedreht. Der Drehschlagantrieb kann relativ zu dem Drehantrieb in Achsrichtung der Gestänge verstellt werden, um im Bohrloch die axiale Position der zentrischen Innenbohrkrone in Bezug auf die Ringbohrkrone zu verändern. In Abhängigkeit von den jeweiligen Bodenverhältnissen ist es möglich, die Innenbohrkrone auszufahren, beide Bohrkronen auf gleicher Höhe zu betreiben oder die Innenbohrkrone zurückzuziehen, um das Aussengestänge gegen eindringendes Wasser oder Treibsand abzudichten. In jedem Fall wird das Aussengestänge ausschliesslich gedreht, während das Innengestänge gedreht und geschlagen wird. Bekannt ist ferner eine Bohrvorrichtung, bei der Innengestänge und Aussengestänge am rückwärtigen Ende durch ein gemeinsames Kopfstück miteinander verbunden sind (DE-PS 11 76 079). Eine derartige Bohrvorrichtung benötigt nur einen einzigen Drehschlagantrieb für beide Gestänge. Nachteilig ist allerdings, dass Innengestänge und Aussengestänge nicht relativ zueinander verstellt werden können, so dass die beiden Bohrkronen stets in fester axialer Zuordnung zueinander stehen. Da das Aussengestänge mit Schlägen beaufschlagt wird, die sich auf die Bohrlochwand übertragen, wird der Boden in der Nähe der Bohrlochwand verdichtet. Der verdichtete Boden umschliesst das Aussengestänge eng und behindert das gemeinsame Drehen beider Gestänge. Ausserdem leidet durch das Schlagen des Aussengestänges die Richtungsgenauigkeit. Die Rohre des Aussengestänges sind durch die ständige Schlagbeaufschlagung einem hohen Verschleiss unterworfen. Schliesslich sind Bchrvorrichtungen bekannt, bei denen am vorderen Ende des Innengestänges eine Exzenterbohrkrone befestigt ist, die gedreht und geschlagen wird, während das Aussengestänge ausschliesslich gedreht wird. Die Exzenterbohrkrone bohrt ein Loch, das grösser ist als der Innendurchmesser des Aussengestänges, so dass das Aussengestänge unter Drehung leicht nachgeschoben werden kann. Bei Verwendung von Exzenterbohrkronen ist die Richtungsgenauigkeit des Bohrens schlecht. Für das Bohren in erdigen Böden eignet sich besonders eine Bohrvorrichtung mit zentrischer Innenbohrkrone, die gedreht und geschlagen wird, und mit einer Ringbohrkrone, die ausschliesslich gedreht wird. Das drehende (nicht geschlagene) Aussengestänge bewirkt keine Bodenverdichtung und die auf das Innengestänge ausgeübten Schläge werden ohne Dämpfung durch den umgebenden Boden auf die Innenbohrkrone übertragen. Wenn man bei solchen Bohrarbeiten aber vorübergehend auf Fels trifft, arbeitet sich zwar die Innenbohrkrone durch diesen Fels durch, jedoch kann die Ringbohrkrone, die lediglich gedreht wird, nicht nachfolgen. Aus diesem Grunde muss bei derartigen Schwierigkeiten mindestens ein Teil der Bohrausrüstung ausgewechselt werden, um den schwierigen Abschnitt des Bohrlochs überwinden zu können. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand an Material, das an der Bohrstelle bereitgehalten werden muss, an Zeit und an Montagearbeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen mit hoher Vortriebsleistung in verschiedenen Betriebsweisen arbeiten kann, ohne dass Teile der Bohrvorrichtung ausgewechselt werden müssten. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass an dem rückwärtigen Ende des Aussengestänges ein durch den Drehantrieb hindurchgehendes Rohrstück befestigt ist, dessen Ende hinter dem Drehantrieb liegt, und dass das Innengestänge in dem Bereich zwischen Drehantrieb und Drehschlagantrieb einen radial abstehenden Ringkragen aufweist, dessen vordere Stirnseite durch die Stellvorrichtung gegen das Ende des Rohrstücks ansetzbar ist. Die erfindungsgemässe Bohrvorrichtung wird in leichten Böden so eingesetzt, dass das Aussengestänge auschliesslich gedreht und das Innengestänge gedreht und geschlagen wird. Hierbei ergibt sich der grösstmögliche Bohrvortrieb bei hoher Richtungsgenauigkeit des Bohrens. Die Schläge der Innenbohrkrone bewirken nicht nur die axiale Ausdehnung des Bohrlochs, sondern sie haben auch eine radiale Ausstrahlung in den von der Ringbohrkrone erfassten Bereich hinein, so dass das Material vor der ausschliesslich drehenden Ringbohrkrone teilweise gelockert wird und die Ringbohrkrone dieses Material dann leicht abtragen kann. Trifft man beim Boden auf felsigen Grund, dann wird das Innenrohr relativ zu dem Aussenrohr vorgeschoben, bis der Ringkragen des Innenrohres bis gegen das Rohrstück stösst, welches das rückwärtige Ende des Aussenrohres bildet. Über den Ringkragen werden die Schläge des Innenrohres auf das Aussenrohr übertragen, so dass nunmehr auch das Aussenrohr geschlagen werden kann. Da nunmehr auch die Ringbohrkrone schlägt, wirken Schläge auf den gesamten Querschnitt der Bohrlochsohle ein. Diese Betriebsweise wird jedoch nur solange beibehalten, bis die Felsschicht zertrümmert ist. Wenn dies der Fall ist, kann das Innenrohr wieder zurückgezogen werden, so dass die Schlagkopplung beider Gestänge aufgehoben wird. Die erfindungsgemässe Bohrvorrichtung kann durch einfaches axiales Verschieben der beiden Gestänge relativ zueinander wahlweise in zwei Betriebsarten benutzt werden, wobei das Aussengestänge nur dann geschlagen wird, wenn die Bodenverhältnisse dies erfordern. Mit "vorne" wird hier generell die der Bohrlochsohle zugewandte Richtung, also die Bohrrichtung, bezeichnet, während "hinten" die Gegenrichtung bezeichnet. Das Ende des Rohrstücks und die Stirnseite des Ringkragens können ebene Flächen aufweisen, die gegeneinandersetzbar sind. Hierdurch wird die Schlagenergie, die von dem Innengestänge auf das Aussengestänge übertragen wird, auf eine relativ grosse Übertragungsfläche verteilt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ende des Rohrstücks und die Stirnseite des Ringkragens ineinandergreifende Verzahnungen zur drehfesten Kopplung von Aussengestänge und Innengestänge aufweisen. Hierbei wirken der Ring kragen und das Rohrstück nicht nur als Schlagübertragungselemente, sondern auch zur drehfesten Kopplung beider Gestänge. Dies bedeutet, dass der Drehantrieb des Innengestänges den Drehantrieb des Aussengestänges unterstützt. Während das Aussengestänge an der Bohrlochwand reibt und einen hohen Drehwiderstand überwinden muss, wird die Leistungsfähigkeit des Drehantriebs des Innengestänges in der Regel nicht voll ausgenutzt. Gerade dann, wenn das Aussenrohrgestänge geschlagen wird und eine Bodenverdichtung an der Bohrlochwand auftritt, wirkt sich die Unterstützung des Drehantriebs des Aussengestänges durch denjenigen des Innengestänges vorteilhaft aus. Das Rohrstück des Aussengestänges sollte längsverschiebbar in dem entsprechenden Drehantrieb gelagert sein, damit Schläge, die über den Ringkragen auf das Rohrstück aus geübt werden, nicht auf den Drehantrieb wirken. Es muss daher ein ausreichender Freiraum vorgesehen sein, damit das Rohrstück bei jedem Schlag axial ausweichen kann. Zusätzlich sollte zur Abfederung von Axialbewegungen des Rohrstücks relativ zu dem Gehäuse des Drehantriebs an diesem Gehäuse eine Federvorrichtung angebracht sein. Die erfindungsgemässe Bohrvorrichtung kann ferner so benutzt werden, dass der Schlagantrieb des Innengestänges abgeschaltet wird, so dass beide Gestänge ausschliesslich gedreht werden. Diese Arbeitsweise wird man z.B. bei sandigen Böden anwenden. Schliesslich ist es auch möglich, den Drehteil des Drehschlagantriebs für das Innengestänge reversierbar zu machen, so dass das Innengestänge gleichläufig oder gegenläufig zum Aussengestänge gedreht werden kann. Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Antriebseinrichtung bei einer ersten Ausführungsform der Bohrvorrichtung, Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, jedoch bei einer modifizierten Ausführungsform, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2, Fig. 4 die gegenseitige Zuordnung der beiden Bohr kronen bei ausschliessl.ich drehendem Aussenge stänge und Fig. 5 die gegenseitige Zuordnung der beiden Bohr kronen, wenn Innengestänge und Aussengestänge beide gedreht und geschlagen werden. Bei der dargestellten Bohrvorrichtung verläuft in dem rohrförmigen Aussengestänge 10 das Innengestänge 11, das vorzugsweise ebenfalls rohrförmig ist. Jedes dieser Gestänge besteht aus zahlreichen Rohren, deren Enden entweder direkt miteinander verschraubt oder durch Muffen miteinander verbunden sind. Das rückwärtige Ende des Aussengestänoes 10 ist mit einem Rohrstück 12 verbunden, das durch den Drehantrieb 13 axial hindurchragt. Der Drehantrieb 13 weist einen Drehmotor 14 auf, der über ein Getriebe ein Zahnrad 15 antreibt. Das Zahnrad 15 ist mit Radiallagern 16 und Axiallagern 17 in einem Gehäuse 18 gelagert, welches das Rohrstück 12 umgibt. Das Zahnrad 12 führt koaxial durch das Zahnrad 15 hindurch. Das Rohrstück 12 weist radial abstehende Zähne 19 auf, die in Keilnuten 20 an der Innenseite des Zahnrades 15 hineinpassen, so dass das Zahnrad 15 drehfest mit dem Rohrstück 12 verbunden ist. Die Keilnuten 20 haben eine grössere Länge als die Zähne 19, so dass vor jedem Keilzahn 19 ein freier Abstandsraum 21 vorhanden ist und das Rohrstück 12 im Inneren des Zahnrades 15 axial verschoben werden kann. Der Raum, in dem sich die Zähne 19 axial bewegen können, ist seitlich durch zwei Ringe 22, 23 begrenzt, die das Rohrstück 12 umgeben. Der vordere Ring 23 liegt an einem Stützring 24 an, der in einem an dem Gehäuse 18 angeschraubten Deckel 25 untergebracht ist. Dieser Deckel 25 enthält eine Federvorrichtung 26 aus mehreren Tellerfedern. Wenn die Zähne 19 über den Freiraum 21 hinausgestossen werden und gegen den Ring 23 stossen, wird dessen Bewegung durch den Stützring 24 und die Federvorrichtung 26 abgefangen, so dass die Stösse nicht auf das Gehäuse 18 übertragen werden. Das aus dem Gehäuse 18 herausragende rückwärtige Ende 27 des Rohrstücks 12 ist als radiale Schlagübertragungsfläche ausgebildet. Mit Abstand hinter dem Drehantrieb 13 ist der Drehschlagantrieb 28 angeordnet, der eine hydraulische Schlagvorrichtung 29 und einen Drehmotor 30 aufweist. Die Schlagvorrichtung 29 übt Schläge auf eine Stange 31 aus, die über ein Getriebe 32 von dem Drehmotor 30 gedreht wird. Die Stange 31 ragt axial durch das Getriebe 32 hindurch und die Schlagvorrichtung 29 schlägt auf das rückwärtige Ende dieser Stange. Das vordere Ende der Stange 31 ist über eine Muffe 33 mit der rückwärtigen Stange 34 des Innengestänges 11 verbunden. Diese Stange 34 ist mit einem radial abstehenden Ringkragen 35 versehen, dessen Stirnseite 36 dem Ende 27 des Rohrstücks 12 zugewandt ist. Der Drehantrieb 13 und der Drehschlagantrieb 28 sind auf einem Schlitten 37 angebracht, der entlang einer Führung 38 in Längsrichtung der Gestänge 10 und 11 verfahrbar ist. Eine (nicht dargestellte) Vorschubvorrichtung treibt den Schlitten 37 in Richtung auf das Bohrloch. An dem Schlitten 37 ist der Drehantrieb 13 fest angebracht. Der Drehschlagantrieb 28 ist dagegen in Längsrichtung des Schlittens verschiebbar. Diese Verschiebung erfolgt durch eine Stellvorrichtung 39, deren eines Ende an dem Schlitten 37 angebracht ist und deren anderes Ende mit dem Drehschlagantrieb 28 verbunden ist. Die Stellvorrichtung 39 ist eine Kolbenzylindereinheit, die betätigt werden kann, um den axialen Abstand zwischen der Drehvorrichtung 13 und der Drehschlagvorrichtung 28 zu verändern. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zustand befindet sich der Ringkragen 35 im Abstand von dem Ende 27 des Rohrstücks 12. Das Aussengestänge 10 wird durch die Drehvorrichtung 13 ausschliesslich gedreht, während das Innengestänge 11 durch die Drehschlagvorrichtung 28 gedreht'und geschlagen wird. Wenn es erforderlich ist, auch das Aussengestänge 10 zu schlagen, wird die Drehschlagvorrichtung 28 durch Betätigung der Stellvorrichtung 39 an den Drehantrieb 13 herangefahren, so dass die Stirnseite 36 fest gegen das Ende 27 gedrückt wird. In diesem Zustand werden die Schläge der Schlagvorrichtung 29 von dem Innengestänge auf das Aussengestänge übertragen. Beide Gestänge drehen sich jedoch unabhängig voneinander. Das Ausführungsbeispiel der Fign. 2 und 3 unterscheidet sich von demjenigen der Fig.1 nur dadurch, dass das Ende 27' des Rohrstücks 15 und die Stirnseite 36' des Ringkragens 35 nicht ebenflächig sind, sondern ineinandergreifende Verzahnungen 35 aufweisen, die eine drehfeste Kopplung zwischen der Stange 34 und dem Rohrstück 35 bewirken, wenn sie axial gegeneinandergedrückt werden. Auf diese Weise werden beim Andrücken des Ringkragens 35 an das Rohrstück 15 nicht nur die Schläge des Drehschlagantriebs 28 auf das Aussengestänge 10 übertragen, sondern auch die Drehung. Der Drehantrieb 13 wird somit durch den Drehmotor 30 des Innengestänges unterstützt. Hierdurch wird eine gleichmässigere Lastverteilung zwischen den Drehantrieben erreicht. Fig. 4 zeigt den Zustand der Bohrkronen, bei der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Betriebsweise, bei der Innengestänge und Aussengestänge voneinander entkoppelt sind. Am vorderen Ende des.Aussengestänges 10 ist eine Ring bohrkrone 42 befestigt, in der die mit dem Innengestänge 11 verbunde zentrische Innenbohrkrone 43 lÅangsverschieb- bar geführt ist. Durch den Kanal 44 des hohlen Innengestänges 11 wird Spülflüssigkeit zur Bohrlochsohle gepumpt. Die Spülflüssigkeit tritt durch die Innenbohrkrone 43 hindurch aus und treibt das Bohrgut durch seitliche Nuten der Innenbqhrkron'e hindurch in den Raum zwischen Innengestänge 11 und-Aussengestänge 10. Die Zuführung des Spülmediums und die Abführung des Bohrgutes sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im einzelnen dargestellt. Wie aus Fl. 4 zu erkennen ist, ist der Durchmesser der Innenbohrkrone 43 an den Innendurchmesser der Ringbohrkrone 42 angepasst, so dass die Innenbohrkrone in der Ringbohrkrone zentriert wird. Bei der Betriebsart nach Fig. 4, bei der keine Schläge auf das Aussengestänge 10 ausgeübt werden, ist die Innenbohrkrone 43 gegenüber der Ringbohrkrone 42 zurückgezogen. Beide Bohrkronen können aber auch mit ihren Schneidelementen in einer Ebene angeordnet sein. Ferner besteht die Möglichkeit, die Innenbohrkrone gegenüber der Ringbohrkrone vorlaufen zu lassen, ohne dass eine Schlagkopplung entsteht. Fig. 5 zeigt den Zustand, den die Bohrkronen einnehmen, wenn das Innengestänge 11 soweit vorgeschoben ist, dass die Ringschulter 35 gegen das Rohrstück 12 stösst. Die Innenbohrkrone 43 ragt aus der Ringbohrkrone 42 heraus, wird aber von dieser noch zentrisch geführt. Die Innenbohrkrone 43 schlägt auf die Bohrlochsohle 45 und bearbeitet eine relativ grosse Fläche. Die Ringbohrkrone muss nur denjenigen Teil der Bohrlochsohle bearbeiten, der von der Innenbohrkrone 43 nicht erfasst worden ist. Durch die Schläge der Innenbohrkrone wird bereits ein Teil des Materials gelöst, der im Bereich der Ringbohrkrone liegt.

Claims: ANSPRÜCHE 1. Bohrvorrichtung mit einem eine Ringbohrkrone (42) tragenden rohrförmigen AuBengestAnge (im), einem in dem Aussengestänge- (10) verlaufenden, eine Innen bohrkrone (43) tragenden Innengestänge (11), einer gemeinsamen Vorschubvorrichtung für beide Gestänge in Form eines in Längsrichtung der Gestänge verfahr baren Schlittens (37), der einen Drehantrieb (13) für das Aussengestänge (10) und einen Drehschlagan trieb (28) für das InnengRstänge (11) trägt, und mit einer Stellvorrichtung (39) zum Verändern des gegen seitigen Abstandes zwischen Drehschlagantrieb (28) und Drehantrieb (13) auf dem Schlitten (37), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass an dem rückwärtigen Ende des Aussengestänges (10) ein durch den Drehantrieb (-13) hindurchgehendes Rohr stück (12) befestigt ist, dessen Ende (27) hinter dem Drehantrieb (13) liegt, und dass das Innengestänge (11) in dem Bereich zwischen Drehantrieb (13) und Dreh schlagantrieb (28) einen radial abstehenden Ringkragen (35) aufweist, dessen vordere Stirnseite (36) durch die Stellvorrichtung (39) gegen das Ende (27) des Rohrstücks (12) ansetzbar ist. 2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Ende (27) des Rohrstücks (12) und die Stirnseite (36) des Ringkragens (35) ringförmige ebene Flächen aufweisen, die gegeneinandersetzbar sind. 3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Ende (27') des Rohrstücks (12) und die Stirnseite (36') des Ringkragens (35) in einandergreifende Verzahnungen (40, 41) zur drehfesten Kopplung von Ausstengestänge (10) und Innengestänge (11) aufweisen. 4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (12), das im Inneren des Drehantriebs (13) nach aussen abstehende Mitnahmeelemente (19) zur Übertragung der Drehbe wegung aufweist, im Drehantrieb (13) axial verschieb bar gelagert ist. 5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende des Gehäuses (18) des Drehantriebs (13) eine Feder vorrichtung (26) zum Abfedern von Schlägen auf das rückwärtige Ende des Rohrstücks (12) untergebracht ist.

Inventors: KLEMM, GUNTER W., Klemm, Günter W.
Applicants: ING. G. KLEMM BOHRTECHNIK GMBH
Application year: 1986
Main classification: E21B7
IPC codes: E21B7, E21B19, E21B6