DE1900210A1

DE1900210A1 - Rotary-Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE1900210A1
Application number: DE19691900210
Authority: DE
Inventors: Newman Elmer Freeman; Travis Hollis Hoy; Kelly Jun Joseph Leonard; Ross Houston Mckee
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1969-01-03
Publication date: 1970-01-29
Also published as: US3525404A; FR1598524A; GB1246290A

Description

HUGHES TOOL COMPANY, Houston, Staat Texas (V.St.A.)

Rotary-Bohrvorrichtung

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Rotary-Bohrvorrichtungen und wird hier insbesondere in Anwendung auf leichte, gut transport!erbare Rotary- bzw. Dreh-Bohrvorrichtungen beschrieben, die zum Bohren relativ kleiner Bohrlöcher, z.B. bis zu einer maximalen Bohrtiefe von etwa 15 i&> besonders geeignet sind. Solche Bohrlöcher können verschiedene Durchmesser haben, und zwar zwischen 7»5 oder 10 cm bei Probebohrungen bis 1,50 m oder mehr für große Bohrer, für die die Erfindung nachstehend beschrieben werden wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Rotary-Bohrvorrichtung mit einem unter einem Winkel zum Erdboden

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gehaltenen Bohrgestänge, einem an dessen unteren Ende angebrachten Bohrwerkzeug, ferner mit einem Drehantrieb zum Drehen des Bohrgestänges und des Bohrwerkzeugs und mit einem Schubantrieb, der das sich drehende Bohrwerkzeug über das Bohrgestänge in den Erdboden drückt bzw. eintreibt. Die Schubkraft wirkt axial auf das Bohrgestänge bzw. die Mitnehmerstange, und zwar entweder stoßweise oder dauernd.

Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, um die Schub-·und Drehkräfte auf das Bohrgestänge bzw. den Bohrstrang zu übertragen. Während immer mehr hydraulische Antriebe zum Aufbringen der Axial-» und Drehkräfte eingesetzt wurden, erfolgte deren Kupplung mit dem Bohrgestänge fast ausschließlich über mechanische Bauelemente, z.B. Drehscheiben, Wellen, Getriebe, Ketten, Kettenräder, Seile u.dgl.. Solche mechanische Kupplungen haben verschiedene Nachteile, von denen nicht der geringste in dem kostenmäßigen Aufwand dieser Kupplungen und ihrer Halterungen und Hilfsausrüstung, z.B. einem Hilfsgestänge, Gehäusen, Windenmotoren u.dgl., liegt. Außerdem ergeben sich bei diesen Anordnungen erhebliche Schwiagungs er scheinungen, Reibungsverluste und entsprechende Abnutzungserscheinungen, welche geeignete Schmierung, überwachung, zusätzliche Wartung und unvermeidliche und teure Auswechselungen von einzelnen Teilen erforderlich machen. 909885/0224

Ein weiterer Nachteil bekannter Vorrichtungen dieser Art liegt in der Schwierigkeit, sie zu "betätigen und zu steuern. Bei Verwendung mechanischer Kupplungen weist die Steuervorrichtung häufig starre handbetätigt te Kupplungen und Schieber auf. Bei Verwendung hydraulischer Antriebseinheiten wurde üblicherweise für jede Antriebseinheit ein getrenntes Ventil vorgesehen, wobei dieses Ventil im allgemeinen während eines vollständigen Betriebszyklus (d.h. beginnend mit dem Aufsetzen des Bohrwerkzeugs auf dem Erdboden, dessen Anheben, dem Abschleudern von angesammeltem Bohrklein, dem erneuten Senken auf den Erdboden und dem gleichzeitigen Anlegen einer Dreh- und Schubkraft, bis das Bohrwerkzeug wiederum angehoben werden muß) mehrere Male geöffnet und geschlossen werden muß. Das gesamte Steuersystem ist bei bekannten Vorrichtungen dieser Art im allgemeinen eine Kombination aus einer Viel- (

zahl mechanischer Vorrichtungen und hydraulischer Ventile, die so zahlreich sind und so viele Handgriffe zu ihrer Betätigung erfordern, daß sie die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson weitgehend beanspruchen und daher von der Beobachtung des Bohrwerkzeugs und dessen Vortrieb im Bohrloch ablenken. Außerdem haben die bekannten Steuerungen den Kachteil zusätzlichen Kostenaufwands, hoher Wartungskosten und einer hohen Wahrscheinlichkeit der Betätif^ing falscher

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Steuerfunktionen, und zwar insbesondere dann, wenn die Bedienungsperson relativ unerfahren ist.

Diese und andere Nachteile sollen durch die Erfindung beseitigt werden. Zu diesem Zweck wird, ausgehend von einer Rotary-Bohrvorrichtung mit einem unter einem Winkel zum Erdboden gehaltenen Bohrgestänge, einem an dessen unteren Ende angebrachten Bohrwerkzeug, ferner mit einem Drehantrieb zum Drehen des Bohrgestänges und des Bohrwerkzeugs und mit einem Schubantrieb, der das sich drehende Bohrwerkzeug über das Bohrgestänge in den Erdboden drückt bzw. eintreibt, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Drehantrieb ein direkt mit dem Bohrgestänge gekuppelter Motor ist; und daß das Bohrgestänge wenigstens über einen Teil seiner Länge unrunden Querschnitt besitzt und die als Hohlwelle ausgeführte Motorwelle wenigstens über einen Teil ihrer Länge eine Axialöffnung mit einem entsprechend unrunden Querschnitt aufweist, in welcher der unrunde Teil des Bohrgestänges formschlüssig und unter Einfluß des Schubantriebs axial gleitend geführt ist. Der Schubantrieb ist ebenfalls direkt an das Bohrgestänge angekuppelt; von der Axialöffnung in der al3 Hohlwelle ausgeführten Kotorwelle aus erstreckt sich die Mitnehmerstange bzw. das Bohrgestänge nach oben in eine Bohrung in einem hydraulischen Druckzylinder und endet in einer direkten Verbindung mit dem

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Kolben dieser Zylinderanordnung, so daß bei Druckbeaufschlagung der oberen Kolbenfläche der angelegte Brück direkt über die Mitnehmerstange auf das Bohrwerkzeug übertragen wird.

Sin weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Kombination von zwei oder mehr hydraulischen Krafteinheiten bzw. Antriebseinheiten, insbesondere des Drehantriebs und des als Druckzylinderanordnung ausgeführten Schubantriebs mit einem besonders einfachen hydraulischen Steuersystem. Dieses System kann entweder mit oder ohne die oben angegebene direkte Kraftübertragung Verwendung finden. Vorzugsweise werden zwei Ventile verwendet, und zwar das eine zum schnellen Bewegen des die Schubkraft aufbringenden Zylinders und das andere zum Betätigen des Drehmotors bzw. Rotary-Motors. Die Druckmittelleitungen dieser zwei Ventile sind so angeschlossen, daß kein Druckmittel zum Motor oder zu dessen Ventil strömt, wenn das Ventil für den Schubantrieb betätigt ist und das Druckmittel durch den Schubzylinder leitet, während dann, wenn das Ventil für den Schubantrieb in der Neutralstellung ist, der Druckmittelstrom zum Schubzylinder gesperrt ist und das gesamte Druckmittel zu dem den Motor steuernden Ventil strömt. Diese Maßnahme ermöglicht es, das ßotary-Ventil die meiste Zeit geöffnet zu lassen, so daß während

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des Bohrvorgangs nur das schnelle Ventil für den Schubantrieb betätigt zu werden braucht. Bei Verwendung eines Schneckenbohrers ermöglichen es dieselben Ventile, den Bohrer anzuheben und das Bohrklein allein durch Betätigung des dem Schubantrieb zugeordneten Ventils abzuschleudern .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein gesteuertes Überdruckventil in diejenigen Druckmittelleitungen eingeschaltet, welche den Zylinder des Schubantriebs mit einem langsamen Ventil für den Schubantrieb verbinden, wobei letzteres die Schubkraft erzeugt, wenn das sich drehende Bohrwerkzeug am Erdboden ankommt. Dieses Überdruckventil mißt den Druck auf der druckbeaufschlagten Seite des den Schubantrieb bildenden Zylinders, und wenn dieser Druck einen bestimmten Arbeitsdruck erreicht hat, wird das überdruckventil betätigt und läßt das eindringende Strömungsmittel in die Tankleitung ab. Ein in der Zuflußleitung vorgesehenes Kontrollventil hält das unter Druck stehende Strömungsmittel im Zylinder und kann außerdem zum Ablassen des Strömungsmittels dienen, wenn das langsame Ventil für den Schubantrieb in umgekehrter Richtung betätigt wird« um das Bohrwerkzeug anzuheben.

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In folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiels naher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht

der in die Arbeitsstellung am hinteren Ende eines Lastwagenrahmens angehobenen Bohrvorrichtung, wobei der Lastwagenrahmen die hydraulischen Pumpen, die Brennkraftantriebsmaschine, die Tanks für das hydraulische Strömungsmittel und den Brennstoff und alle anderen Hilfseinrichtungen trägt; das Bohrgestänge und der Bohrer sind in einer angehobenen Stellung gezeigt, bei welcher sich der Bohrer soeben oberhalb der Erdoberfläche befindet;

Fig. 2 und 3 zeigen Längsschnitte durch die

Bohrstran&£Laordnung der Bohrvorrichtung, die hier insbesondere für Vertikalbohrungen vorgesehen ist, obwohl sie auch außerhalb der Vertikalen unter Verwendung einer oder beider der ihr zugeordneten Schwenkzylinder betrieben werden kann; von dieser Anordnung zeigt Fig. 2 den unteren und Fig. 3 den oberen Teil der Bohrstranganordnung;

Fig. 4- eine schematische Ansicht der Hydraulikschaltung sowie aller über diese gesteuerten Vorrichtungen;

Fig. 4A eine vergrößerte Schemaansicht eines der in Fig« 4- gezeigten Steuerventile; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des automatischen Steuersystems für den langsam arbeitenden hydraulischen Schubantrieb.

Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtvorrichtung umfaßt den Bohraast bzw. Bohrstrang 10, den Lastwagen 11, die Brenn-

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kraftantriebsmaschine 12, die Pumpenanordnung oder Dreifachpumpe 13, den Tank 14 für die Hydraulikflüssigkeit und ein Windenpaar 16H und 1€>L, mit dem der .Rahmen 17 c.es Lastwagens zur Stabilisierung der Bohrvorrichtung angehoben werden kann, sowie schließlich die Hilfseinrichtungen und die Bohrlast, welche vorteilhafterweise nicht auf den Federn des Lastwagens 11 ruhen sollten. Ferner ist in Fig. 1 ein Hydraulikzylinder 18 und dessen Kolbenstange 19 zu sehen, mittels der der Hast bzw. Strang 10 zwischen seiner Arbeite- und Transportstellung; bewegt werden kann. In der Iransport st ellung wird der Mast 10 von einer Halterung 21 abgestützt. Der Bohrmast 10 ist an gabelförmigen Lagerholmen 22 schwenkbar gelagert und kann mittels eines hydraulischen Schwenkzylinders 23 zusammen mit den Lagerholmen zur Seite hin gekippt werden, um die Bohrachse auch außerhalb der 7ertikelen verlegen zu können. Die Bedienungsperson ist mit 0 und ihr Arbeitssitz mit S bezeichnet.

Sie Hauptteile der Ilastanordnung 10 sind ebenfalls in Fig. 1 zu sehen; hierzu gehören insbesondere der Hydraulikmotor 50, das Bohrgestänge bzw. die Hitnehmerstacge 60, das am unteren Ende der Mitnehmer stange befestigte Bohrwerkzeug 70 und der Schubzylinder 80. An der Bückseite des Trägerfahrzeugs sind zwei in Längsrichtung angeordnete Gleitschienen vorgesehen, welche

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auf einem im Fahrzeugrahmen 17 eingebauten Lager 15 abgestützt sind, und ein Vagen 29 ist zwischen einer vorderen (Cransportstellung und der in der Zeichnung dargestellten rückwärtigen Arbeitsstellung auf den Gleitschienen beweglich angeordnet. Das Lager 15 wirkt als Drehscheibe und ist um eine auf der Längsachse des Fahrzeugsrahmens liegende Achse um 240° drehbar. Die Betätigung des Lagers erfolgt mittels eines nicht dargestellten Hydraulikzylinderpaars, das parallel zur Längsachse des Fahrzeugs angeordnet und am Fahrzeugrahmen angelenkt ist. Die freien Enden 58 der zu diesen Zylindern gehörigen Kolben sind über eine Kette 57 an ein mit der Unterseite des Lagers 15 verbundenes Kettenrad 56 angeschlossen (vgl. Fig. 4)· Das Kettenrad 56 und die Kette 57 sind schematisch in dem Bydraulikschaltbild gemäß Fig. 4 angegeben. Der Schlitten 29 trägt die Lagerholae 22 und über diese alle zur Mastanordnung 10 gehörigen Seile sowie auch alle Hilfsausrüstungen, wie den Hauptantriebsmotor 12, die Dreifachpumpe 13 und den Tank 14 für die Hydraulikflüssigkeit. Der Schlitten 29 kann mittels eines hydraulisch betriebenen EinzelZylinders 25 (Fig. 4),der auf der Drehscheibe 15 zwischen den Schienen 20 angeordnet ist, vor- und zurückgeschoben werden.

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Vie In den Fig. 2 und 3 erkennbar ist, ist das sich am weitesten nach unten erstreckende Organ das Bohrgestänge oder die Mitnehmerstange 60. Sie Mitnehmer st auge 60 hat unrunden und im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt; sie kann jedoch irgend eine andere geeignete Querschnittsausbildung haben, die es er-

_ laubt, daß sie in der Hohlwelle 51 des Rotary-Motors 50 formschlüssig gefaßt ist, wobei diese Fassung eine axiale Gleitbewegung in.der Motorwelle zulassen muß. Zn der Praxis braucht nur derjenige Teil der Hitnehmerstange, welcher in der Hotorwelle gleitend gelagert ist, einen unrunden Querschnitt aufzuweisen. Der unterste Teil 61 des Bohrgestänges 60 weist, wie in Fig. 2 zu sehen ist, eine in Querrichtung verlaufende Öffnung 62 auf, in die ein durch entsprechend ausgerichtete Offnungen in einem Hohlschaft 71 des Bohrwerkzeugs 70

P durchgeführter Stift 63 eingepaßt ist. Der Teil 61

kann den üblichen runden Querschnitt besitzen; ein unrunder Querschnitt ist jedoch zur besseren Torsionskraftübertragung zum Bohrwerkzeug vorzuziehen. Dasselbe gilt natürlich auch für den oberen Teil der Mitnehmer- > stange, welcher im Schubzylinder 80 hin- und herbewegt wird, jedoch nicht in die Hotorwelle 51 eintritt. Der Schaft 71 des Bohrwerkzeugs weist eine nicht gezeigte Innentasche auf, in welcher das untere Ende des Bohrgestänges 60 derart gefaßt ist, daß bei Anlegen einer

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Schubkraft die Kraftübertragung Über den Schaft selbst und nicht über den Stift 63 erfolgt.

Folgt man den Bohrgestänge in den Fig. 1 bis 3» ausgehend von dessen unteren Ende, so ergibt sich die folgende Anordnung· Das Bohrgestänge 60 ist zunächst durch eine stoßdSmpfende Feder 26 durchgeführt, die unterhalb des Motors angebracht ist. Hinter der Feder 26 folgt eine Fackung 27« welche Leckströme in Längsrichtung der mtnehaerstange verhindern soll und am unteren Ende der Motorwelle 51, mit dieser und der Mitnehmerstange aitdrehend, angeschlossen ist. Durch die Befestigung der Packungsanordnung 27 an der Rotorwelle 51 wird erreicht, daß letztere die Längsbewegungen der Mitnehmerstange 60 mitmacht. Von dort ist die Mitnehmerstange bzw. das Bohrgestänge 60 axial durch die gesamte Welle 51 durchgeführt und erstreckt sich durch das obere Ende 53 der Motorwelle und durch das feste Anschlußbauteil bzw. die Bohrmastbasis 30 sowie durch das offene untere Ende 81 des Schubzylinders 80 in dessen Inneres. Die Mitnehmerstange 60 ist im Schubzylinder 80 nach oben geführt und endet in einem runden Endbauteil 66, das in ein im Kolben 83 angeordnetes Sperrmutternpaar 84 eingeschraubt ist. Kurz unterhalb des mit Gewinde versehenen Endes 66 hat die Mitnehmerstange einen im Querschnitt runden Bereich 67 mit einem Zwischen-

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durchmesser, der innen in den Legerkörper eines Schrägrollenlagers 85 eingesetzt ist. Die äußere Lagerschale des Legers 85 sitzt Bit Preßsitz in der Bohrung eines topfformigen Bauteils 86 dee Kolbens. Die Anordnung, bestehend aus der Mitnehaerstange, dem Lager und den Sperrmuttern 84, ist gegen ein Heraueziehen aus den Kolben in Abwirtarlohtung mittels eines gespaltenen Halteringe 87« der unterhalb der äußeren Lagerschale dee Lagere 85 angeordnet und in einer Ringnut in der Bohrung des topfföraigen Bauteils 86 eingerastet ist, gesichert. Zur Verhinderung einer relativen Axialbewegung in Aufwartsriohtung dient ein weiteres topfförmigee Bauteil 88, das in die Bohrung des Bauteils 86 eingesetzt ist, wobei sein ringförmiger Band 89 an der oberen Stirnfläche der äußeren Lagerschale des Lagers anliegt, während die Grundfläche 90 des topfförmigen Bauteils 88 zwisohen den oberen Ende 66 der Hitnehmerstange 60 und der Basis 91 des Kolbenbauteils 86 angeordnet ist· Ein Stellsohraubenpaar 92 und 93 ist in die schrage Öffnung in der Basis 91 eingeschraubt, und zwar derart, daß die unter« Stellschraube 92 gegen die Basis 90 des topfförmigen Bauteile 88 stößt und dadurch den Band 89 gegen das Lager 85 drückt, um das Lager und die Hltnehmeratange »wischen de« topfföraigen Bauteil 88 und dem Haltering 87 einzuspannen« Geeignete Dich« tunge- und Lagerringe sind zwischen dem Außenumf ang des

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Kolbens 83 und der Innenwandung des Zylinders 82, wie dargestellt, vorgesehen.

Der Schubzylinder 80 ist an seinem unteren Ende offen, da es relativ schwierig ist, eine dichte Durchführung für das polygonale, sich drehende Bohrgestänge 60 zu schaffen; aus demselben Grund ist die Zylinderhülse 82 an ihrem unteren Ende mit einem Außengewinde versehen, das in die im oberen finde einer im Basisbauteil 30 vorgesehenen Längsöffnung 31 vorhandenen Gewindegänge eingreift. Bas obere Ende 53 der Hohlwelle des Motors 50 ist von einer Packung 32 umgeben, die in der Öffnung des Basisbauteils 30 des Masts sitzt. Auf diese Weise gibt die Mitnehmerstange zwischen dem Rotary-Motor und dem Schubzylinder äußerst geringen Anlaß zu Leckstellen, aus denen die Hydraulikflüssigkeit ausströmen kann. Selbstverständlich gewährleistet das Basisbauteil 30 eine feste Halterung für den Schubzylinder 80. Eine solche Halterung könnte auch auf andere Weise hergestellt werden, wobei man das untere Ende 81 des Zylinders mit einem Bauteil, z.B. einem Wellenstutzen 53» versehen würde, welcher mit dem Bohrgestänge 60 drehen, jedoch in Bezug auf das Ende 81 fest angeordnet würde, um eine relative Gleitbewegung des Bohrgestänges zuzulassen. Außerdem wären Packungen zu verwenden, die einen Leckstrom zwischen der runden Außenwand dieses zu-

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sätzlichen Bauteils und dem Ende 81 des Zylinders verhüten müßten.

Der Schub zylinder 80 besitzt eine dichte und mit einem Innengewinde versehene obere Kappe 95, an der ein mit Gewinde versehener Anschlußstutzen 96 für eine Hydraulikleitung F und ein Verbindungskanal 97 zum Durchlaß des Druckmittels zum und vom oberen Ende des Schubzylinders oberhalb des Kolbens 83 angeordnet sind. Ein ähnlicher Anschlußstutzen 36 und ein Verbindungskanal 37 für das Druckmittel, das dem unteren Ende des Schubzylinders 80 unterhalb des Kolbens 83 zugeführt wird, ist an oder in dem Basisbauteil 30 vorgesehen.

Wie bereite oben angegeben wurde, kann die Mitnehmerstange 60 in alternativer Ausführungsform mit dem Kolben * 83 derart verbunden sein, daß die beiden Bauteile sich sowohl zusammen drehen als auch axial als eine Einheit bewegen. Diese abgewandelte Ausführungsform ermöglicht es, auf eine durch das Lager 85 gebildete mechanische Kupplung zu verzichten, wobei auch alle anderen zum Kolben gehörigen Bauteile mit Ausnahme des Kolbenkörpers 86 fortgelassen werden können und der Körper 86, abgesehen von einer Längsöffnung für das obere Ende der Mitnehmerstange_tals Vollkörper ausgebildet werden kann. In dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel können die

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riitnehmerstange und der Kolben durch eine Schraubverbindung ο«dgl. zusammengeschlossen werden. Das Problem der Leckverluste zwischen dem Kolben und der Zylinderwand würde allerdings stärker in Erscheinung treten, könnte jedoch weitgehend durch Verwendung einer angemessenen Anzahl geeigneter Drehdichtungen ausgeschaltet werden.

Als Halterung für den Schubzylinder 80 zusätzlich zu dem Basisbauteil 50 des Bohrmastes ist der Schubzylinder 80 von einer Stützvorrichtung 58 umfaßt und abgestützt. Diese Stützvorrichtung 58 weist einen auswärts gerichteten Basisflansch 41 und einen als Halterung für eine Packung dienenden ringförmigen Kopfteil 42 auf, wobei der Flansch 41 mit dem Kopfteil 42 durch über den Umfang mit Abstand verteilte Hippen 46 verbunden ist. Der Kopfteil 42 ist mit einem Außengewinde versehen, das in ein Gewinde in einer Kappe 43 eingreift, über welche ein Ατ1 aidruck auf den Packungsring 44 und die fiingpackungen 45 ausgeübt werden kann, welche zwischen dem Kopfteil 42 und dem Zylindermantel 82 angeordnet sind. Bei Anlegen eines Axialdrucks auf die Hingdichtungen 45 werden diese radial auseinandergedrückt und schmiegen sich eng an diesie radial begrenzenden Bauteile 42 und 82 an. Die Packungsringe 45 dienen nicht zum Verhindern von Leckströmen des Druckmittels, son-909885/0224

dem sollen in erster Linie die Mastanordnung so stabilisieren, daß ein Abwinkein des Zylinders an dessen Anlagepunkt mit dem Kopfteil 42 der Stützvorrichtung 38 vermieden Wird.

Die Stützvorrichtung 38 ist mit ihrem Plansch bei 39 mit dem Basisbauteil 30 des Bohrmastes verschweißt, und das Basisbauteil 30 ist seinerseits bei 40 mit den Lagern 28 der Holme 22 verschweißt. Auf diese Weise tragen die Lagerholme 22 die gesamte Bohrmastanordnung 10. Eine Reihe längs des Umfangs mit gegenseitigem Abstand angeordneter Schrauben 33 sind durch den Flansch 34 des Basisbauteils 30 geschraubt und halten den Motor 50 in seiner vorgesehenen Stellung, wobei dessen Welle koaxial mit dem Schubzylinder 80 ausgerichtet ist.

Der Hydraulikmotor 50 (dieser kann durch einen Elektromotor, einen pneumatisch betriebenen Motor o.dgl« ersetzt werden) ist in der Zeichnung nur angedeutet, da sich die vorliegende Erfindung nicht auf den Antriebsmotor selbst bezieht. Es genügt hier zu bemerken, daß ein hier verwendeter Hotary-Motor ein hohes Drehmoment unter Last über einen Drehgeschwindigkeitsbereich von etwa 150 bis 5 Umdrehungen pro Minute oder bis zum Stillstand (Oberlastdrehmoment) entwickeln sollte. Die Motorwelle muß einen ausreichend großen Querschnitt be-

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sitzen, damit sie mit einer Axialöffnung versehen werden kann, in welche eine Mitnehmerstange unrunden Querschnitts axial gleitend eingesetzt werden kann, wie dies durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird. Ein spezieller Hydraulikmotor, der bereits in Verbindung mit den durch die Erfindung getroffenen Maßnahmen mit Erfolg eingesetzt wurde, ist der Flügelzellenmotor MHT-250 der Firma Vickers Incorporated. Dieser Motor hat die folgenden Kenndaten:

Drehmoment: 620 kpm bei 140 at Druckanfall über dem Motor in einem Drehzahlbereich von 5 bis 150 Ü/Min

Wirkungsgrad: 88 bis 92 % bei 105 - 140 at, 83 % bei 10 Ü/Min und 105 at

Verdrängung: 0,0031 vaP pro Umdrehung

Strömungsmittelaufnahme: maximal 474 1 pro Minute

bei 150 Ü/Min

Gewicht ohne Welle: 200 kg

Abmessungen: 39,5 cm Durchmesser

29,5 cm axiale Länge des Gehäuses

Die Funktionsweise und die Steuerung der neuen Vorrichtung werden anhand des in den Fig. 4 und 4A dargestellten hydraulischen Schaltschemas im folgenden erläutert. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind die wesentlichsten Teile des Hydrauliksystems der Druckmittelbehälter oder !Dank

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, die Pumpen 13a, 13b und 13c, welche tatsächlich Abschnitte der mit einer einzigen Welle versehenen Dreifachpumpe 13 sind, die Ventilgruppe 102 und die ihr zugeordnete Versorgungsleitung 103 sowie die Tank-Rückführleitung 104, die Ventilgruppe 106 und deren Versorgungsleitung 107, wobei die zuletzt genannte Ventilgruppe ebenfalls an die Rückführleitung 104 angeschlossen ist, sowie ein Fußventil 109. Die Ventilgruppe 102 umfaßt die Ventile 111, 112 und 113, die zum Steuern der im Eilgang betriebenen Vorrichtungen des Systems bzw. des Schubzylinders 80 (im Eilgang) des Rotary-Motors 50 und des Windenmotors 75 dienen. Zur Gruppe 106 gehören die Ventile 121 bis 129, welche die langsamer arbeitenden, mit geringerer Druckmittelmenge pro Zeiteinheit beaufschlagten Vorrichtungen steuern, d.h. den Seitenschwenkzylinder 23, die Positionszylinder 24L und 24R, den Zylinder 18, den Schubyzlinder 80 (bei langsamem Gang), den Zylinder 25, die Windenzylinder 16L und 16R und die Zylinder 76 und 77· Es ist zu beachten, daß der SchubzylinderdO zur Strömungsmittelbeaufschlagung sowohl mit dem Eilgang-Ventil 111 als auch mit dem Langsamgang-Ventil 124 verbunden ist, wobei der Eilgang zum Ein- oder Auefahren des Bohrwerkzeugs in das Bohrloch oder aus dem Bohrloch verwendet wird, während der Langsamgang zum Bohren selbst und zum Aufbringen der Schublast Verwendung findet. Normalerweise ist nur eines der

Ventile 111 und124 betätigt, jedoch sind keine Sperrvorrichtungen vorgesehen, die ein gleichzeitiges Schlie-Ben verhindern, da hierdurch kein besonderer Schaden entstehen kann. Das Langsamgang-Ventil wird normaler» weise intermittierend bzw. stoßweise betätigt, wobei die Betätigung in die nach unten gerichtete Bohrstellung (gekreuzte Pfeile) für einige Sekunden erfolgt mit nachfolgender Rückstellung in die dargestellten neutralen Stellungen, um einen gleichmäßigen Druck zu erzeugen, bis das Bohrwerkzeug den Bohrvorgang nach unten aufnimmt und den Druck auf den Kolben verringert.

Die anderen Ventile und axe der Langeamgang-Ventilgruppe 106 zugeordneten Schaltelemente sind im wesentlichen üblicher Ausführung. Eine besondere Hydraulikbehälterleitung 108 ist zum Einstellen der Drehscheibenzylinder 24L und 2411 vorgesehen und beaufschlagt diese mit Drucköl. Die Arbeitsweise dieser beiden Zylinder ist in gewissem Maße außergewöhnlich, wie durch das symbolisch dargestellte Kettenrad 56 und die um das Kettenrad laufende, mit ihren beiden Enden an den Kolbenstangen 58 der Zylinder 24L und 24R angeschlossenen Kette 57 angedeutet ist. Wenn der Kolben des Zylinders 24L beispielsweise nach rechts bewegt wird, um das Kettenrad 56 und damit die Drehscheibe 15 im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, muß der Kolben des anderen Zylinders 24B notwendigerweise

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nach links bewegt werden. Bezüglich der Steuerung des Druckmitteiflusses bedeutet das, daß bei Druckmittelbeaufschlagung der Kolbenstangenseite des Zylinders 24L über die Leitung 144 die Kolbenstangenseite des Zylinders 24R über die Leitung 146 entlastet werden muß, so daß die beiden Kolbenstangenseiten über ein üblich aus-

^ geführtes Hydraulikventil 122 geeignet miteinander verbunden sind. Die zwei Leitungen 144 und 146 sind durch das doppelte Ausgleichsventil I3I durchgeführt, welches ein Ablassen des Strömungsmittels von einem Zylinder solange verhindert, bis der andere druckbeaufschlagt ist, so daß auch die sonst lose Seite der Kette 57 gespannt gehalten wird. Die einstellbaren Mengensteuerventile messen die Durchtrittsmenge des Hydraulikmittels zu und von den Kolbenstangenseiten der Zylinder 24L und 24R, um die Betriebsgeschwindigkeit dieser Zylinder zu steuern

P und dadurch die Drehgeschwindigkeit der Drehscheibe in geeigneten Grenzen zu halten.

Wahrend die Drehscheibe 15 von den Kolben der Zylinder 24L und 24R im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, muß das Hydraulikmittel natürlich aus der Kolbenstangenseite des Zylinders 24L ausströmen und in die Kolbenstangenseite des Zylinders 24R einströmen. Der größte Teil des Hydraulikmittels wird über die Ver-

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bindungsleitung 59 zwischen den Kolbenoberseiten der Zylinder während aufeinanderfolgender Bewegungen in entgegengesetzten Sichtungen hin- und hergeführt, wobei die direkte Verbindung dieser Leitung zum Hydraullkmitteltank 14 über die Leitung 108 gewährleistet, daß Druckmittelverluste ausgeglichen und die Eolbenseiten der Zylinder stets druckmittelgefüllt sind«

Es ist noch zu erwähnen, daß das Langsamgang-Ventil 124· das einzige Ventil der Ventilgruppe 106 ist, welches praktisch ständig betätigt ist. Beim Ausheben jeder Art von Bohrloch werden die Stabilisatorzylinder 16L und 16R nur bei Beginn und am Ende des Bohrvorgangs betätigt; dasselbe gilt auch für den Hubzylinder 18, den Gleitzylinder 25, die Drehscheibenzylinder 24-L und 24JEt und gegebenenfalls auch für den Seitenwinkelzylinder 25· Die Zylinder 76 und 77 werden nur sporadisch gebraucht.

Verschiedene andere im Hydraulikschaltbild nach Fig. 4· gezeigte Elemente, wie die Prüfventile 135, die Druckstoßdämpfer (meßblendenartige Vorrichtungen) 134-, die Druckmeßgeräte 136, die Druckablaßventile 137 und die filter 138, sind bekannter Bauart, wobei die Filter Weitgehend als Schutz für die Antriebsbauteile, wie den Motor 50, vorgesehen sind. Der Motor 50 ist mit einer besonderen Abflußleitung 139 ausgestattet, die

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zwischen dem Motorgehäuse und dem Tank 14 eingeschaltet ist, um das durch Leckströme über die Motorflügel gebildete Hydraulikmittel abzuführen und dadurch die Dichtungen vor Druckaufbau zu schützen. Das Kontrollventil 141 hat die Aufgabe, die ständige Füllung des Motorgehäuses mit dem Hydraulikmittel für Schmierzwecke zu gewährleisten·

Bezüglich der Versorgungsleitungen und der Pumpen 1st zu bemerken, daß die Hydraulikmittelzufuhr für alle drei Pumpenabschnitte über eine gemeinsame Leitung 142 und ein Filter 138 (200 Maschen) im Tank 14 erfolgt. Das Filter 138 ist über den Leitungszweig 142c mit dem Pumpenabschnitt 13c, den Leitungszweig 142b mit dem Pumpenabschnitt 13b und den Leitungszweig 142a mit dem Pumpenabschnitt 13a verbunden. Der Tank 14 ist außerdem mit einer von außen ablesbaren Standanzeige und mit einem Temperaturmeßgerät 143 ausgestattet.

Der Pumpenabschnitt 13c, dessen Fördermenge 220 1 pro Minute beträgt, ist direkt über den Versorgungsleitungen sweig 103a an die Sammelleitung 103 angeschlossen, während der Pumpenabschnitt 13b, dessen Förderleistung 246 1 pro Minute beträgt, zunächst mit dem durch Fußpedal betätig- · ten Ventil 109 verbunden ist. Das Ventil 109 wird normalerweise nur beim Herausziehen des belasteten Bohr-

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werkzeuge 70 aus de» Bohrloch, und während des Abschleuderns des Bohrkleine verwendet, wenn eine hohe Geschwindigkeit durch Parallelschaltungen der zwei Pumpenabschnitte erreicht werden soll, die das auf den Bohrergängen liegende Bohrklein hohen Zentrifugalkräften unterwirft und dieses aus dem Bohrloch ausschleudert, und findet schließlich Verwendung, wenn das freigemachte Bohrwerkzeug auf den Bohrlochgrund abgesenkt wird.

Bin wesentliches Merkmal der Erfindung liegt in der Schaltung des Schnellgang-Ventils 111 und dessen Verbindungen sowohl zum Schubzylinder 80 und zur Versorgungsleitung 103» die zum Ventil 112 des Rotary-Motors 50 führt. In der Zeichnung sind diese Ventile in ihren neutralen Stellungen gezeigt; wird die Pumpe betätigt, so wird das Hydraulikmittel über die Versorgungsleitung 103 in umlauf gesetzt und über die Rückführleitung 104 zum Tank 14 zurückgeleitet, da das Windenventil 113 ebenfalls in seiner neutralen Stellung steht. (Sa die Winde 75 nur in besonderen Fällen betätigt wird, soll sie hier nicht im einzelnen diskutiert werden.) Venn der Ventilkörper oder -schieber 114 des Ventils 111 (Tgl. Fig. 4A) innerhalb des Gehäuses 115 des Ventile nach rechts in seine Vorwärts-(Abwärts-)Betriebsstellung bewegt wird, strömt das Qydraulikmittel durch den Zweig 116 der Versorgungsleitung 103, durch das Ventil 111

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entsprechend dem nach oben weisenden Pfeil und durch, die Leitung 117 zur Kolbenoberseite des Sehubzylinders 80. Gleichzeitig wird ein Rückflußkreis von der Kolbenstangenseite des Zylinders 80 aus über die Leitung 118 und nach unten durch das Ventil 111 zur Rückführleitung 104 gebildet (wie symbolisch durch den nach unten weisenden Pfeil angedeutet ist). Ferner bewirkt gleichzeitig die Vorwärtsbewegung des Ventilkörpers 114, daß die Hauptstromleitung 103 gesperrt wird, wie durch die unterbrochene Leitung oder den Spalt 119 zwischen den Pfeilen symbolisch dargestellt ist. Dadurch wird Jeglicher Fluß des Hydraulicalttels nach oben zum Rotary-Motor 50 über dessen Ventil 112 unterbunden und sichergestellt, daß der gesamte Hydraulikmittelfluß für die schnelle Bewegung der Mitnehaerstange 60 und des Bohrwerkzeugs 70 verwendet wird, welche direkt mit dem Kolben des Schubzylinders 80 verbunden sind.

Nimmt man an, daß das Bohrwerkzeug völlig in eine Stellung oberhalb eines auszuhebenden Bohrlochs zurückgesogen ist, so können beide Ventile 111 und 112 in ihre Vorwärterichtungen (in den Figuren rechte) gleichzeitig geschaltet werden. Das Ventil 112 weist eine Raste 120 «of, mit deren Hilfe es in seiner Vorwärtsstellung gehalten werden kann, so daß die Bedienungsperson das Ventil 112 außer Acht lassen kann, bis das Bohrloch

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bis in die gewünschte Tiefe vorgetrieben ist. Die Strömungsmittel zufuhr über das Ventil 111 zum Schubzylinder 80 senkt das Bohrwerkzeug rasch auf den Bohrlochboden, und die einzige von der Bedienungsperson durchzuführende Tätigkeit liegt danach darin, den mit dem Ventilkörper 114 verbundenen Handgriff 150 zu lösen· Da der Ventilkörper in seiner Neutralstellung an beiden Enden, wie symbolisch durch die Federsymbole 135 dargestellt ist, mittels Federn vorgespannt ist, kehrt er in die 'Neutralstellung zurück, wenn der Handgriff 130 freigegeben wird. Daraufhin wird der Hydraulikmittelstrom durch das Ventil 111 und den Schubzylinder 80 sofort gesperrt und zum Ventil 112 und zuB Motor 50 umgeleitet - allein als Folge der freigäbe einer einzigen Ventilsteuervorrichtung.

Da die Vorwärtsstellung des Ventilkörpers 114 des Ventils 112 der Drehbewegung des Bohrwerkzeugs beim Eindringen in den Boden zugeordnet ist, wird dieser Vorgang automatisch durchgeführt, und die Bedienungsperson wird den notwendigen Langsamvorschub durch Verstellen dee Ventilkörpers des Langeamgang-Ventils 124 zwischen den Vorwärts« und Neutralstellungen betätigen· Diese Steuertttigkeit ist die einzige Tätigkeit, welche die Bedienungsperson während des gesamten Bohrvorgangs auszuführen hat.

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Im folgenden wird auf 71g· 5 der Zeichnung Bezug genommen. Die in Fig. 5 dargestellte Weiterbildung bezieht sich auf ein pilotbetätigtes Ablaßventil 147 und ein Kontrollventil 146, welche in den Teil des Hydraulikschal tkreisea eingeschaltet sind, welcher die Hydraulikleitungen 117 und 118 umfaßt, die den Schubzylinder 80 und dessen Schnellgang- und Langsamgang-Ventile 111 und 124·' verbinden. (Das zuletzt genannte Ventil unterscheidet sich von dem Ventil 124- gemäß Fig. 4 nur darin, daß das Ventil 124· eine Raste 140 aufweist, welche das Ventil in der Vorwärtsstellung hält, wobei die Leitung 11? mit der Versorgungsleitung 107 und die Leitung 118 mit der Tankltitung 104 verbunden 1st·) Sie Ventile 14-7 und 148 tragen dadurch zur Vereinfachung der Steuerung bei, daß das Langsangang-Ventil 124* während des Bohrvorgange In seine Vorwärts- oder erste Stellung bewegt (Eilgang-Ventil 111 in der in der Zeichnung dargestellten leutraletellung) und dort zum Ausgleich des Bohrvorgangs gehalten werden kann. Ohne diese Ventile 14-7 und 146 mufi dl· Bedienungsperson die Schubkraft durch Intermittierende Betätigung des Lang-•amgang-Ventils 124- zur Vorwärtsstellung und zurück zur dargestellten leutraletellung an das Bohrwerkzeug anlegen.

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Der (automatische) Betriebeablauf der Ventile 147 und 148 tat wie folgt: Nach Verstellung des Ventils 124* in seine durch die gekreuzten Pfeile symbolisch dargestellte Vorwärtsstellung strömt das Hydraulikmittel über dieses Ventil, die Leitung 117 und durch das Kontrollventil 148 zur Kolbenoberseite des Schubzylinders 80. Aufgrund des vom Erdboden dem Bohrer entgegengesetzten Widerstandes steigt der Druck des Druckmittels in der Leitung 117 und auf der Kolbenoberseite des Schubzylinders 80 an. Das Ventil 147 wird über die Pilot- oder Steuerleitung 149 mit diesem Druck beaufschlagt und wird dann, wenn der auf der Steuerleitung 149 liegende Druck auf einen durch vorherige Einstellung des Ventils

147 bestimmten Druck, beispielsweise auf 35 at, angestiegen ist, von seiner in der Zeichnung dargestellten Sperrstellung auf Durchlaß β teilung geschaltet, in der eine direkte Verbindung zwischen den Leitungen 117 und 118 hergestellt ist. Diese Verbindung stellt einen Beipaß dar, so daß kein Hydraulikmittel mehr zum Schubzylinder gelangt, bis eine weitere Änderung auftritt.

Während der Zeit, in welcher das Ventil 147 auf die oben angegebene Weise betätigt ist und einen Beipaß zum Schubzylinder schließt, bleibt das Kontrollventil

148 geschlossen, um den die Kolbenoberfläche beaufschlagenden Druck aufrecht zu erhalten und eine stetige ab-

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warte gerichtete Kraft auf das Bohrwerkzeug wirken zu lassen. Wenn der Bohrvorgang fortgesetzt wird und das Bohrwerkzeug in den Erdboden weiter eindringt, fällt dieser Druck ab, da das Bohrklein auf den Schneckenkränzen des Bohrers nach oben bewegt und der Kolben im Schubzylinder um ein entsprechendes Stück abwärts bewegt wird. Wenn der Druck, der über die Steuerleitung 149 dem Ventil 147 als Steuerdruck zugeführt wird, auf einen zweiten, voreingestellten Betriebsdruck von beispielsweise 26,5 at abgesunken ist, kehrt das Ventil 14? wiederum in seine Sperrstellung zurück. Dadurch wird der Beipaß zwischen den Leitungen 117 und 118 unterbrochen, so daß eine größere Druckmittelmenge zur Kolbenoberseite des Schubzylinders 80 gelangen kann, wodurch ein weiterer Schritt des Bohrvorgangs ausgeführt wird.

Für den fall, daß die Bedienungsperson das Bohrwerkzeug um eine kurze Strecke vom Bohrlochboden abzuheben wünscht, geschieht dies durch Betätigung des Schnellgang-Ventile 111 in der oben beschriebenen Weise, wobei selbstverständlich die Drehbewegung des Bohrwerkzeugs abgeschaltet wird. Gegebenenfalls kann das Kontrollventil 148 so eingestellt werden, daß es in umgekehrter Richtung öffnet (von rechts nach links in der Zeichnung), wenn es über eine Steuerleitung 150 mit dem

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Brück auf der Kolbenstangenseite des Schubzylinders 80 beaufschlagt wird. Falls der Bedienungsperson diese Möglichkeit zur Verfügung steht, bringt sie das Ventil 124· in die Umkehrstellung (parallele Pfeile) und macht damit die Leitung 118 zur Versorgungsleitung und schließt die Leitung 117 an die Tankrückführleitung 104 an. Das Hydraulikmittel fließt zur Kolbenstangenseite des Schubzylinders 80 und steigt bei Aufrechterhalten des Drucks auf der Kolbenoberseite über die Leitung 118 rasch an. Dieser Druckanstieg wird mittels des Ventils 148 über die Steuerleitung 150 gemessen, und das Ventil 148 öffnet, sobald der Druck in der Leitung 150 den eingestellten Umkehr-Betriebsdruck, z.B. 7 at, erreicht hat. Das an der Kolbenoberseite des Schubzylinders unter Druck gehaltene Strömungsmedium fließt über die Leitung 117 und das Ventil 148 zum Druckmittelbehälter, bis das Steuerventil 124' in seine Neutralstellung zurückkehrt. (Das Ventil 147 ist während dieses Umkehrbetriebs ausgeschaltet, da es so aufgebaut ist, daß es eine Hydraulikmittelströmung nur in einer Sichtung, im vorliegenden Pail von der Leitung 117 zur Leitung 118 zulaßt.)

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß der Pilotbetrieb des Kontrollventils 148 der Bedienungsperson die Möglichkeit gibt, das Bohrwerkzeug anzuheben sowie auch das Bohrwerkzeug in umgekehrter Richtung zu drehen,

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was zum Befreien eines festgefahrenen Bohrwerkzeugs manchmal zweckmäßig ist. Außerdem kann auf diese Weise dem Bohrwerkzeug ein kurzer Aufwärtsstoß gegeben werden, was manchmal zum Lösen eines festgefahrenen Bohrwerkzeugs notwendig ist. Dabei werden die normalen Bohrstellungen des Eilgang-Ventils 111 (neutral) und des Rotary-Motor-Ventils 112 (festgehalten in der Drehstellung im Ohrzeigersinn) nicht gestört, so daß keine Verzögerung des Bohrbetriebs stattfindet·

Venn auch die automatische Steuervorrichtung gemäß Fig, in Verbindung mit einem Bohrwerkzeug beschrieben worden ist, welches mittels eines über diesem angeordneten Schubzylinders in die Erde getrieben wird, ist es ohne weiteres verständlich, daß dieselben automatischen Steuervorrichtungen bei einem Zugbohrer, z.B. einem Erweiterungsbohrer, oder einem Hubbohrer, bei dem ein Bohrwerkzeug nach unten durch eine Pilotwelle gezogen wird, Verwendung finden kann. Bei diesen Vorrichtungen ist die Kolbenstangenseite des Schubzylinders während des Bohrvorgangs die Hochdruckseite, während bei dem , dargestellten Schneckenbohrer die Kolbenoberseite des Zylinders beim Bohrvorgang die Hochdruckseite ist. Um die Schaltung gemäß Fig. 5 auf die Verwendung mit einem Erweiterungsbohrer oder einem Hubbohrer umzustellen, müssen nur die Verbindungen der Leitungen 117 und

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118 mit dem Schubzylinder 80 vertauscht werden, indem beispielsweise anstelle der Leitung 103 die Leitung 105' und anstelle der Leitung 110 die Leitung 110* angeschlossen wird. Um diese Möglichkeit auch in den Ansprüchen anzudeuten, ist diejenige Seite des Schubzylinders, welche mit der Zuflußleitung während des Bohrvorgangs verbunden ist, als Bohr-Druckseite und die dabei mit der Tank-Rückführleitung verbundene Seite einfach als andere Seite bezeichnet.

Wenn das Bohrwerkzeug bis zur vollen Kapazität belastet ist, gibt die Bedienungsperson den Betätigungsgriff für das Langeamgang-Ventil 124 (oder 124·') frei, und dieses kehrt unter der Wirkung der Rückholfedern in die Neutralstellung zurück (Ventil 124' muß durch Handbetätigung von der unteren Betriebsstellung in die Neutralstellung bewegt werden). Die Bedienungsperson legt außerdem das Schnellgang-Ventil 111 in die Rückwärtsstellung (in der Zeichnung links, symbolisch dargestellt durch die gekreuzten Pfeile) um und hält es in dieser Stellung, in der die Leitungen 118 und 116 und die Versorgungsleitung 103 mit der Bodenseite des SchubZylinders 80 verbunden sind, und in der die Oberseite des Zylinders an die Leitungen 117 und die Rückführleitung 104 angeschlossen ist. Da der Kolben 83 zu dieser Zeit in Bodennähe des Zylinders 80 (in der Zeichnung links) ge-

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kommen 1st, bewirkt der Rückwärtsfluß, daß das Bohrwerkzeug nach oben aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Das Tußpedal-betätigte Ventil 109 wird normalerweise dabei auoh in Vorwärtsstellung gehalten, um durch Tandemschaltung des Pumpenabschnitts 13b mit dem Pumpenabschnitt 13c einen zusätzlichen Druckmittelstrom zu erhalten, wodurch die Geschwindigkeit, mit welcher das Bohrwerkzeug herausgezogen wird« erhöht werden kann. Es wird besonders betont, daß das Ventil 112 seit Beginn des Bohrzyklus nicht rerstellt worden ist und eingerastet in seiner anfänglichen Vorwärtsstellung verbleibt. Die Bewegung des VentilkÖrpere 114 des Ventils 111 in dessen Ruckwärtsstellung sperrt jeglichen HydraulikmittelzustroB sum Motor 50 und hält daher die Drehbewegung des Bohrwerkzeugs durch Einbringen einer Sperre 119 in die Zufuhrleitung 103 ebenso an wie in der Vorwärtsetellung des Ventils 111.

Wenn das Bohrwerkzeug vollständig aus den Bohrloch herausgesogtn ist, ist dl· freigäbe des Betätigungshebels des Ventils 111 die einzige Maßnahme, welche die Bedienungsperson noch su tun hat, woraufhin der Ventilkorper 114 unter Federwirkung in seine Neutralstellung zurückkehren kann. Der gesamte Hydraulikmittelzufluß wird sofort vom Ventil 111 und dem Schubzylinder 80 über das immer noch in Vorwärtsstellung befindliche

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Ventil 112 sua Rotary-Motor 50 umgelenkt. Das fußbetätigte Ventil 109 1st noch in seiner Vorwärtsstellung, un die Geschwindigkeit durch Verwendung des Hilfspumpenabschnitte 15b zu vergrößern, so daß der Hotor mit der Mitnehmerstange 60 und dem Bohrwerkzeug 70 dementsprechend schnell beschleunigt wird. Das auf den Schnecken« gangen 72 des Bohrwerkzeuge gesammelte Bohrklein wird rasch aus dem Loch ausgeschleudert, worauf die Bedienungsperson durch erneutes Betätigen des Schnellgang-Ventile 111 in dessen Vorwärtsstellung einen erneuten Bohrvorgang vorbereitet. Über das fußbetätigte Ventil 109 wird der Pumpenabschnitt 13b solange an die Versorgungsleitung 103 angeschlossen gehalten, bis das Bohrwerkzeug erneut den Bohrlochgrund erreicht.

Ea wird besonders betont, daß das den Rotary-Motor 50 steuernde Ventil 112 während dee gesamten Bohrzyklus und über viele weitere Bohrzyklen in seiner Vorwärtsstellung gelassen werden kann, und zwar üblicherweise solange, bis das Bohrloch zur Solltiefe vorgetrieben ist. Dieselbe Drehrichtung, die beim Bohren Verwendung findet, wird normalerweise auch zum Auswerfen des Bohrkleine aus dem Loch benutzt. Die Rückwärts-Drehrichtung wird nur für den Fall verwendet, daß das Bohrwerkzeug festgefahren ist und zurückgedreht werden muß oder wenn das Bohrwerkzeug von zähem, klebrigen Bohrklein

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befreit werden muß. In dem zuletzt genannten Fall wird das Bohrwerkzeug rasch über das Bohrloch angehoben, um das Bohrklein abzuschütteln. Ea ist außerdem zu erwähnen, daß die Querverbindung I5I des Ventils 112, welche die zwischen dem Ventil und dem Motor verlaufenden Leitungen 154 und 155 miteinander verbindet, nur dann vorhanden ist, wenn das Ventil 112 in seiner dargestellten neutralen Stellung ist. Venn sich das Ventil dagegen entweder in der Vorwärts- oder Rückwärtsstellung befindet, fällt die Verbindung 151 fort, und die Leitungen 154 und 155 sind entsprechend den anderen Ventilen ohne eine solche Verbindung I5I mit den Versorgungs- und Rückführleitungen 103 und 104 verbunden, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Die Verbindung 151 hat die Aufgabe, eine geschlossene Leitungsschleife für das durch den Motor 50 geführte Hydraulikmittel zu bilden, denn bei plötzlichem Sperren der Leitungen 154 und 155 würde andernfalls die Motordrehbewegung plötzlich gestoppt, und die kurzzeitige Drehmomentänderung könnte zu einem erheblichen Schaden führen.

Unter Verwendung des oben näher bezeichneten Hydraulikmotors wurde die Erfindung mit folgenden Kenndaten in die Praxis umgesetzt:

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Bohrerdurchmesser

maximal 1,22 m

Bohrlochtiefe	üblich: 2,44 - 3,66 m maximal: 7,6 m	kg
Achsabstand	4 m.	kg
Bruttogewicht des Jahrzeugs	9 100
Gewicht der Bohr vorrichtung nebst Zubehör	5 670

Höhe über Boden

Höhe des aufgerichteten Bohrmastes

BohrgestängeabmeBSungen

Maechinenleistung bei 2 200 Ü/Min

Drehmoment an der Bohrstange

Drehgeschwindigkeiten:

Bohren

Herausziehen Vorschub:

Schnell

Langsam Schubkraft Hubgeschwindigkeit 3,66 m Modell, 3,05 m 7 m Modell, 3,59 m

3,66 m Modell, 7 m 6,34 cm, quadratisch 104 PS 620 kpm bei 140 at

65 U/Min 140 U/Min

35 m/Min 5,5 fc/Min 5 670 kg 52 m/Min

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Die Bohrvorrichtung wurde oben in Verbindung mit einem hydraulischen Gesamtsystem beschrieben, es ist jedoch selbstverständlich, daß die Maßnahme der direkten An« triebeankupplung nicht auf ein solches Hydrauliksystem beschränkt ist. Ein beliebiger Motor kann so angeordnet werden, daß seine Achse vertikal in koaxialer Ausrichtung alt einer Mitnehmerstange und einen Schubzylinder steht. Der Motor muß ein hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten haben, und seine Welle muß mit einer unrunden Axialöffnung versehen sein, die eine Mitnehmer-Stange entsprechenden Querschnitts aufnehmen kann und deren Axialbewegung zuläßt. Ein elektrischer Motor, der die obigen Erfordernisse erfüllt, kann ebenso zum Slneatft kommen wie geeignete pneumatische Motoren. Der Sohubeylinder kann auch mit geeigneten anderen Druckmitteln beaufschlagt werden, und es kann auch eine geeignete andersartige Torrichtung zum Aufbringen der Schubkraft eingesetst werden.

Auch die Kombination der hydraulischen Steuervorrichtungen 1st nicht auf die hier gezeigte besondere Bohrvorrichtung, d.h. die direkte Ankupplung des Motors, beschrankt, obwohl sie in diesem Zusammenhang die größten Vorteile hat. Bekannte Bohrvorrichtungen, die einen hydraulischen Drehantrieb für die Bohrstange oder die Mitnehmerstange sowie einen hydraulischen Antrieb für den Vorschub der Mit-

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nehmerstange vorsehen_t können vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung kombiniert werden, obwohl sie eine mechanische Kupplung zwischen den Antriebsaggregaten und den angetriebenen Teilen vorsehen.

Die zur Steuerung der Strömungsmittelzu- und -ableitung für den Schubzylinder und den Rotary-Motor verwendeten Ventile können auch anders aufgebaut sein als die beiden Ventile 111 und 112, die in Pig. 4 gezeigt sind.' Für die Zwecke der Erfindung kann das Ventil 112 völlig fortgelassen werden, da seine Hauptfunktionen in der Schaffung einer Drehrichtungsumkehr und in seiner Neutralstellung im vollständigen Anhalten des Motors liegen. Die zuletzt genannte Funktion kann durch Abschalten der Pumpen erfüllt werden. Außerdem kann ein einziges Ventil die in SIg. 4 gezeigten Ventile 111 und 112 ersetzen und dabei alle Funktionen dieser beiden Ventile erfüllen, wenn es mit entsprechend mehr Stellungen oder Hilf sventilen und Steuerleitungen ausgestattet wird.

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Claims

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Ansprüche

1. Hotary-Bohrvorrichtung mit einem unter einem Winkel zum Erdboden gehaltenen Bohrgestänge, einem an dessen unteren Ende angebrachten Bohrwerkzeug, ferner mit einem Drehantrieb zum Drehen des Bohrgestänges und des Bohrwerkzeugs und mit einem Schubantrieb, der das sich drehende Bohrwerkzeug über das Bohrgestänge in den Erdboden drückt bzw. eintreibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb ein direkt mit dem Bohrgestänge (60) gekuppelter Motor (50) ist; daß das Bohrgestänge wenigstens über einen Teil seiner Länge unrunden Querschnitt besitzt und die als Hohlwelle ausgeführte Motorwelle (51) wenigstens über einen Seil ihrer Länge eine Axialöffnung mit einem entsprechend unrunden Querschnitt aufweist, in welcher der unrunde Teil des Bohrgestänges formschlüssig und unter Einfluß des Schubantriebs (80) axial gleitend geführt ist·

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubantrieb einen oberhalb des Motors (50) koaxial zu diesem angeordneten, langen Schubzylinder (80) aufweist, in dem ein Kolben (83) zwischen den Zylinderenden gleitend angeordnet ist; und daß das Bohrgestänge (60) mit seinem oberen Ende in den Schubzylinder eingreift und an den Kolben angeschlossen ist und vom Zylinder aus nach unten verläuft und durch die Lüngsöffnung der Motorwelle (51) in fester Drehstellung zu dieser und axial in ihr gleitend durchgeführt ist.

τ.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen der Bohrvorrichtung ein hydraulisches Versorgungs- und Steuersystem mit einer Ventilvorrichtung (111, 112) zum Steuern der Drehbewegung des hydraulischen Motors (50) und der Auf- und Abbewegung des Kolbens (83) des hydraulisch betriebenen Schubzylinders (80) vorgesehen ist; und daß die Ventilvorrichtung wenigstens in eine erste Stellung, in welcher das Hydraulikmittel den Kolben des Schubzylinders abwärts drückt und der Ifydraulikmittelzustrom zum ttotary-Motor gesperrt ist, und in eine zweite Stellung einstellbar ist, in welcher das Hydraulikmittel durch den Motor und nicht durch den Schubzylinder geleitet wird, wobei das Bohrgestänge (60) und das Bohrwerkzeug (70) in der ersten Stellung der Ventilvorrichtung ohne Drehbewegung abge-

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senkt wird, bis das Bohrwerkzeug Bodenberührung hat und nach Umstellung aus deren erst» in deren zweite Stellung in Drehbewegung versetzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, defl die Ventilvorrlohtung (111, 112) in eine dritte Stellung einstellbar ist, in welcher der Schubzylinder (80) in Kolbenaufwärtsrichtung mit dem Hydraulikaittel beaufschlagt und der Kotary-Hotor (50) unbeaufschlagt ist, so daß das Bohrwerkzeug (70) von seinem Bohreingriff ohne iteehbewegung allein durch Verstellung der Ventilvorrichtung von der zweiten in die dritte Stellung abgehoben wird«

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug (70) ein auf seinen Gängen (72) das Bohrklein fördernder Spiral- bzw. Schneckenbohrer ist, welcher das Bohrklein in der dritten Stellung der Ventilvorrichtung (111, 112) zur Erdoberfläche befördert und bei Umstellen der Vontilvorrichtung in die zweite Stellung nahe der Bohreteile auf den Järdbodon ablädt.

6. Vorrichtung nach eines der Ansprüche 3 bis 5, da* durch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung aus zwei getrennten Ventilen (111, 112) aufgebaut ist, von

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denen das erste (111) in einer ersten Ventilatellung den Hydraulitanittelsuatrom «um Sohubftjrllnder (80) sperrt und das Hydraulikmittel sub zweiten Ventil (112) leitet und in einer streiten Ventllstellung den Sehubzyllnder in Kolbenabwärtsrichtung mit Hydraulikmittel beaufschlagt und den Hydraulikmittelsustrom sum zweiten Ventil und sum Rotarjr-Hotor (50) sperrt; und daß für das »weite Ventil (112) wenigstens eine erste Ventileteilung tot« gesehen ist, in welcher ein Stromungspfad für das' Hydraulikmittel von ersten Ventil sum Rotary-Motor gebildet ist, wobei das Bohrwerkzeug (70) in seiner normalen Drehrichtung bewegt wird} und daß das Bohrwerkzeug in der «weiten Ventilstellung des ersten Ventils und in der ersten Ventilstellung des zweiten Ventils ohne Dreh«· bewegung aus einer angehobenen Stellung über dem Brdboden bis sur Erdberührung absenkbar ist und danach al« lein durch Umschaltung des ersten Ventils von dessen sweiter in die erste Stellung unter Umleitung des Bjrdrauliksittels vom Schubzylinder zum Äotary-Motor in Erdberührung gedreht wird.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das erste Ventil (111) eine dritte Ventilstellung vorgesehen ist, in welcher der Hydraulikmittel* zustrom sum zweiten Ventil (112) und zum Rotary-Motor (50) gesperrt und das Hydraulikmittel zum Schubzylinder

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(80) in Kolbenaufwärtsrichtung geleitet wird, wobei der Bohrbetrieb des Bohrwerkzeugs (70) unterbrochen und dieses ohne Drehbewegung aus dem Bohrloch anhebbar ist»

Θ. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Versorgungs- und Steuersystem eine von einer Bedienungsperson zur Steuerung des Hydraulikmittelualaufs durch den Schubzylinder (80) betätigbare zweite Ventilvorrichtung (Fig. 5) und eine automatisch arbeitende, den Druck auf der Bohrdruckseite des Zylinders steuernde und begrenzende Ventilvorrichtung (14-7, 148) aufweist; und daß die automatisch arbeitende Ventilvorrichtung mit einem normalerweise gesperrten, zwischen die die zweite Ventilvorrichtung mit dem Schubzylinder verbindenden Hydraulikleitungen (117» 118) eingeschalteten gesteuerten überdruckventil (147) und mit einem üuntrollventil (148) versehen ist, das in der an die Bohrdruckseite des Schubzylinders angeschlossenen Hydraulikleitung liegt und hur den Zustrom zum Schubzylinder zuläßt, wobei das überdruckventil (147) über eine Steuerleitung (149) mit dem Druck an der Bohrdruck*- seite des Schubzylinders als Steuerdruck beaufschlagt und auf Durchlaß gestellt wird, wenn dieser Druck die voreingestellte Steuerdruckschwelle übersteigt.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilvorrichtung (Fig. 5) auf um-

gekehrte Strömungsrichtung des Hydraulikmittels durch den Schubzylinder (80) umsteuerbar ist; und daß das Xontrollventil (148) dabei über, eine Steuerleitung ■it einem Ton der anderen Hydraulikleitung (118) abgenommenen Steuersignal beaufschlagt und so betätigt ist, daß es eine Strömung in umgekehrter Richtung durchlaßt.

10· Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine »weite Hydraulikventilvorrlchtung (109), mit der die Hange des über die erste Ventilvorrichtung (111, 112) sm Schubantrieb (80) und sub Drehantrieb (50) umlaufenden Ifyiraullkaittels sub Erhöhen der Axial- und Drehgeschwindigkeit des Bohrgestänges (60) vergrößert werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (111, 112) in eine dritte Stellung einstellbar iet, in welcher der Schubantrieb (80) in solcher Richtung mit dem Hydraulikmittel beaufschlagt ist, daß das Bohrgestänge (60) und das Bohrwerkzeug (70) angehoben werden, und in welcher der Hydraulikmittelzustrom zum Drehantrieb (50) abgetrennt ist, so daß allein durch Umstellung der Ventilvorrichtung von der zweiten in die dritte Ventilstellimg die

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Drehbewegung dee Bohrgestänges und dee Bohrwerkzeugs angehalten und daa Bohrgestänge und das Bohrwerkzeug aus den Bohrloch herausgehoben werden können*

12. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dftfi die Ventilvorriontung ein erstea Ventil (111) und ein sweites Ventil (112) aufweist, wobei das erste Ventil in einer ersten Ventilstellung den Betriebsmittel sustrom sum 8chubsylinder (80) sperrt und zum zweiten Ventil C112) freigibt und in einer »weiten Ventilstellung den Betriebamlttelsustrom sum Schabzylinder (80) freigibt und sum zweiten Ventil sperrt, und wobei für das sweite Ventil (112) wenigstens eine erste Ventilstellung vorgesehen ist, in welcher der Betrlebsmittelsustrom sum Eotary-Hotor ($0) freigegeben ist, so daß das Bohrwerkzeug (70), ausgehend von einer Stellung mit Abstand oberhalb des Bohrlochbodena, sum Bohrlochboden abgesenkt und unter gleichseitiger Anlegung einer Schubkraft gedreht werden kann, indem das erste Ventil zunickst in seine sweite Ventilatellung und das zweite Ventil in die erste Ventileteilung gebracht werden, ua das Bohrwerkzeug in Bodenberührung zu bringen, und das erste Ventil sodann in die erste Ventileteilung geschaltet wird.

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13· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubzylinder (80) eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder einheit 1st, die mit den beiden Kolbenselten an swel das Betriebemittel unter der Kontrolle einer automatisch arbeitenden Ventilvorrichtung zuführende und in einen Behälter (14) abführende Hydraulikleitungen (11?) 118) angeschlossen ist, däß die automatisch arbeitende Ventilvorrichtung ein zwischen das Hydraulikleitungspaar eingeschaltetes gesteuertes* Überdruckventil (14-7) aufweist, welchem über eine Steuerleitung (149) der Druck der Bohrdruckseite des Zylinders als Steuerdruck zugeführt wird, welches normalerweise in Schließstellung ist, wobei die Verbindung zwischen den Hydraulikleitungen unterbrochen ist, und welches bei einem bestimmten Steuerdruck auf der Steuerleitung (149) geöffnet wird, wobei ein Betriebsmittelstrom von der an der Bohrdruckseite des Zylinders liegenden Hydraulikieltung zur anderen Hydraulikleitung durchgelassen wird; daß das Überdruckventil (147) bei einem bestimmten kleineren Steuerdruck auf der Steuerleitung in die Schließstellung Eurückechaltbar ist; und daß ein Kontrollventil (148) in der nit der Bohrdruckseite des SchubZylinders verbundenen Hydraulikleitung liegt, das einen Betriebsmittel zustro« zur Bohrdruckseite zuläßt und einen Betriebsmittelabstrom von dieser sperrt.

14. Vorrichtung nach. Anspruch 15« dadurch gekennzeichnet, daß das überdruckventil (147) während eines Bohr-TorgangB von der Schließstellung in die geöffnete Stellung umgeschaltet wird, wenn der Druck auf der Bohrdruokeeite des Schub&ylinders (80) den ersten vorgegebenen Pegel erreicht hat, wobei das Betriebsmittel von P der Versorgangeleitung (107) in die Behälter-Rückführleitung (104) umgeleitet, ein Beipaß zur Bohrdruckeeite dea Schubzylinders gebildet und ein weiterer Druckanstieg auf der Bohrdruckeeite verhindert wird; daß das Kontrollventil (148) ein Ausströmen des Betriebsmittels von der Bohrdruokseite des Schubzylinders verhindert, so daß von dem auf der Bohrdruckseite des Zylinders eingeschlossenen Betriebsmittel eine ständige Schubkraft auf das Bohrwerkzeug (70) ausgeübt wird, bis dieses vorgetrieben wird, worauf der Druck des eingeschlossenen Betriebsmittel» bis ftu dem zweiten vorgegebenen Druckpegel absinkt, bei dem das über die Steuerleitung (149) an die Bohrdruckeeite dee Schubzylinders angeschlossene Überdruckventil in die Schließstellung umschaltet, den Beipaß unterbricht und einen erneuten Zustrom zur Bohrdruckseite des Sohubzylinders zuläBt.

15· Torrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das &ontrollventil (148) so geschaltet ist, daß es ein Abströmen des Betriebsmittels von der Bohrdruck-

eeite des Schubzylinders (80) zuläßt, wobei ihm über eine Steuerleitung (150) der Druck der anderen Seite des Zylinders als Steuerdruck zugeführt wird; daß die automatisch arbeitende Ventilvorrichtung (111, 112) zur Uasteuerung der Beaufschlagung des Schubzylinders geeignet eingerichtet ist, wobei das Bohrwerkzeug (70) außer Bohreingriff gebracht wird, wenn die Hydraulikleitungen (117t 118) derart umgepolt sind, daß die Bohrdruckseite dds Schubzylinders an die Behälter-fiückführleitung (104·) und die andere Seite an die Versorgungsleitung (107) angeschlossen ist; und daß das Xontrollventil betätigt wird, sobald der auf seiner Steuerleitung (14-9) liegende, von der anderen Seite des Schubzylinders abgenommene Brück einen bestirnten Betriebsdruck erreicht hat, bei den das Kontrollventil daa Betriebsmittel zur Behälter-Rüekführleitung (104) durchläßt.

16. Rotary-Bohrvorrichtung mit einem an seinem unteren Ende mit einem Bohrwerkzeug versehenen Bohrgestänge, mit einem hydraulischen Drehantrieb, der das Bohrgestänge in Drehbewegung versetzt und dabei dessen Längsbewegung zuläßt, und mit einem hydraulischen Schubantrieb, welcher das Bohrgestänge in Längsrichtung bewegt, gekennzeichnet durch ein hydraulisches timlauf- und Steuersystem (Fig. 4-, 4A, 5) mit einer den Drehantrieb (50) und den Schubantrieb (80) steuernden Ventilvorrichtung

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(111, 112), für die wenigstens eine erste Ventilstellung vorgesehen ist, in welcher der· Schubantrieb in solcher Richtung beaufschlagt ist, daß das Bohrgestänge (60) und das Bohrwerkzeug gesenkt werden, und in welcher der Hydraulikmittelzustrom zum Drehantrieb gesperrt ist, und für die eine zweite Ventilstellung vorgesehen ist, bei aer der Drehantrieb (50) beaufschlagt und der Schubantrieb (80) unbeaufschlagt ist.

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