DE4332113A1 - Boring implement for making bores in earth with different soil classes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für Erdreich mit verschiedenen Bodenklassen, die mit einer angetriebe nen Schürfscheibe ausgerüstet ist, welche mit Hartmetall meißeln bestückt ist.The invention relates to a drilling device for soil with different soil classes with one drive is equipped with a hard metal chisels.
Für Horizontalbohrungen von 150 mm bis 1300 mm Bohrdurch messer, aber auch für Vertikalbohrungen im Erdreich werden Bohrvorrichtungen verwendet, bei denen innerhalb eines dem Bohrdurchmesser entsprechenden Gehäuses eine Welle dreh bar gelagert ist, auf der eine Schürfscheibe bzw. ein Bohr kopf angeordnet ist.For horizontal drilling from 150 mm to 1300 mm drilling diameter knives, but also for vertical drilling in the ground Drilling equipment used where within a rotate the shaft corresponding to the drilling diameter of a shaft is stored bar on which a scraper disc or a drill head is arranged.
Je nach Bodenart wird die Schürfscheibe besonders ausge bildet. Der Abtransport des Bohrgutes erfolgt mittels Schneckenförderung, hydraulischer Spülförderung oder durch pneumatischen Transport. Der Antrieb der Schürfscheibe bzw. des Bohrkopfes erfolgt entweder über ein Gestänge bzw. die Förderschnecke selber oder bei Materialtransport, bei dem keine Schnecke verwendet wird, über Motoren und Getriebemotoren, die das Drehmoment direkt auf die Welle der Schürfscheibe bzw. des Bohrkopfes übertragen.Depending on the type of soil, the scraper disc is specially removed forms. The drilling material is removed by means of Screw conveyor, hydraulic flushing conveyor or through pneumatic transport. The drive of the scraper or the drilling head is either carried out via a linkage or the screw conveyor itself or during material transport, where no screw is used, via motors and Geared motors that apply the torque directly to the shaft transferred to the scraper disc or drill head.
Die Bohrungen werden von einem Startschacht oder einer Startgrube aus vorgetrieben, wobei die axialen Kräfte für den Bohrvorgang und die Schubkräfte zum Einschieben des immer länger werdenden Rohrstranges von einer Preß station in den Startschächten aufgebracht werden. The holes are made from a starting shaft or one Starting pit driven out, the axial forces for the drilling process and the pushing forces for insertion of the ever longer pipe string from a press station in the starting shafts.
Die eingangs erwähnten Bohrungsdurchmesser von 150 bis ca. 1300 mm werden dem sogenannten unbegehbaren Bereich zugeordnet, weil Menschen in Rohren von 1000 mm Durch messer oder kleiner nicht dauerhaft arbeiten sollen. Bei Bohrungen dieser Bereiche ist - nachdem die Bohrmaschine einmal ins Erdreich eingebohrt ist - ein Zugang zur Ma schine oder zum Bohrkopf durch den Rohrstrang nicht mehr möglich. Die Bohrmaschine, insbesondere der Bohrkopf bzw. die Schürfscheibe muß daher so ausgebildet sein, daß sie die zu erwartenden Bodenarten optimal abbauen kann.The bore diameters from 150 to approx. 1300 mm are the so-called impassable area assigned because people in tubes of 1000 mm through knives or smaller should not work permanently. At Drilling these areas is after the drill once drilled into the ground - an access to Ma machine or to the drill head through the pipe string possible. The drilling machine, in particular the drilling head or the digging disc must therefore be designed so that it can optimally mine the expected soil types.
Für gesteuerte Bohrungen mit Micro-Tunnel-Technik oder ungesteuerte Preßbohrungen wurden für die verschiedensten Bodenarten spezielle Bohrköpfe entwickelt, die auch zu relativ guten Bohrleistungen führen solange die Bodenart über die ganze Bohrlänge homogen und konstant bleibt. Schwierigkeiten treten immer dann auf, wenn sich über die Bohrlänge die abzubauende Bodenart ändert. Felsbohrköpfe, die in der Regel mit Rollmeißeln oder Disken besetzt sind, verkleben in bindigen Böden; Bohrköpfe dagegen, die in bindigen oder rolligen Böden gute Bohrleistungen zeigen, versagen wegen zu hohen Verschleißes, sobald sie auf Fels oder große Steine treffen. Mühseliges Erneuern oder Aus tauschen der Bohrköpfe mit Hilfe eines Notschachtes sind die Folge.For controlled drilling with micro-tunnel technology or Uncontrolled press bores have been used for a wide variety Soil types developed special drilling heads that too relatively good drilling performance as long as the soil type remains homogeneous and constant over the entire drilling length. Difficulties always arise when the Drilling length changes the type of soil to be mined. Rock drilling heads, which are usually set with chisels or discs, sticking in cohesive soils; Drilling heads, however, that in cohesive or uneven soils show good drilling performance, fail due to excessive wear once they are on rock or hit big stones. Laborious renewal or out replace the drill heads with the help of an emergency shaft the consequence.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf für Bohranlagen des unbegehbaren Bereiches so auszubilden, daß die Bohrmaschine in allen unterschied lichsten Bodenklassen problemlos eingesetzt werden kann. The invention is based on the object a drilling head for drilling systems in the inaccessible area to be trained so that the drill differed in all most diverse soil classes can be used without any problems.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 und der folgenden der Patentschrift gelöst.According to the invention, the object is characterized by the features of Claim 1 and the following of the patent.
Der Bohrkopf der erfindungsgemäßen Art unterscheidet sich von Bohrköpfen bekannter Bohrmaschinen für den unbegeh baren Bereich dadurch, daß er sowohl schnelle Stöße mit hoher Frequenz und demzufolge mit hoher kinetischer Energie gegen die Ortsbrust ausüben kann, wobei Hartme tallmeißel faßt senkrecht aufschlagen und gleichzeitig mit hohem Drehmoment und langsamer Drehzahl das gelöste Bohrgut abräumen kann - oder, wenn die Ortsbrust zu weich zum Abplatzen ist, Boden mit großem Drehmoment abschälen kann.The drill head of the type according to the invention differs of well-known drilling heads for the uncommitted edible area in that it has both quick impacts with high frequency and consequently with high kinetic Can exert energy against the face, Hartme Tall chisel strikes vertically and simultaneously the solution with high torque and slow speed Drill can clear - or if the face is too soft to flake off, peel off the floor with great torque can.
Die fast senkrechten Stöße der Meißel gegen die Ortsbrust werden durch die Taumelbewegung der Schürfscheibe erreicht. Diese Taumelbewegung ist eine Folge der in spitzem Winkel angestellten Wellenzapfens am vorderen Ende der Hauptwelle, auf dem die Schürfscheibe drehbar gelagert ist. Alle Masse punkte der Schürfscheibe taumeln um einen ruhenden Schwin gungsmittelpunkt, der im Schnittpunkt der Achsen der Hauptwelle und des Wellenzapfens liegt, und zwar um eine Amplitude, die proportional zum Abstand vom Schwingungs mittelpunkt ist und vom doppelten Winkel gekennzeichnet ist, in dem die Achsen der Wellenteile aufeinander zulau fen.The almost vertical impacts of the chisels against the face are achieved by the tumbling movement of the scraper disc. This wobble is a result of being at an acute angle employed shaft journal at the front end of the main shaft, on which the scraper disc is rotatably mounted. All mass points of the scraping wheel tumble around a resting swine center, which is at the intersection of the axes of the Main shaft and the shaft journal is, by one Amplitude proportional to the distance from the vibration center point and is marked by the double angle is in which the axes of the shaft parts converge fen.
Bei den der Masse und dem Radius der Schürfscheibe ent sprechenden hohen Drehzahlen der Hauptwelle - z. B. 2000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute und einen Winkel von 2 bis 5° zwischen Wellenzapfen und Hauptwelle - vibriert jeder Arm der Schürfscheibe, und zwar in senkrechter Richtung zur Orstbrust.In the case of the mass and the radius of the scraper disc speaking high speeds of the main shaft - z. B. 2000 up to 4000 revolutions per minute and an angle of 2 to 5 ° between the shaft journal and the main shaft - vibrates each arm of the scraper, in a vertical position Direction to the orb breast.
Ein am rückwärtigen Ende der Schürfscheibe angebrachtes Kegelrad läuft dabei in einem ortsfesten Kegelrad ab und wird dadurch bei jeder Umdrehung der Hauptwelle um z. B. nur einen Zahn weitergedreht. Dadurch können Untersetzun gen von 30 : 1 bis 60 : 1 erreicht werden. Mit der unter setzten Drehzahl rotiert die Schürfscheibe um den Wellen zapfen.One attached to the rear end of the scraper The bevel gear runs in a fixed bevel gear and is thereby at every revolution of the main shaft by z. B. just turned one tooth. This allows reduction gen from 30: 1 to 60: 1 can be achieved. With the under speed, the scraper disc rotates around the shafts tap.
Durch diese Ausbildung des Antriebes der Schürfscheibe wird Gestein an der Ortsbrust mit hoher kinetischer Ener gie von den Meißeln abgeschlagen und nicht abgeschält, wodurch fast verschleißfreier Abbau gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt in den um ein mehrfaches geringeren Anpreßkräften der Bohrvorrich tung gegen die Ortsbrust als sie bei rein schälender Ge winnung oder auch bei der Gewinnung mit Rollmeißeln er forderlich sind.This design of the drive of the scraper disc becomes rock on the face with high kinetic energy poured off the chisels and not peeled off, which ensures almost wear-free dismantling. Another advantage of this design lies in the a multiple lower contact pressure of the drilling device against the face than when the skin is purely peeling winnung or also in the extraction with roller chisels are required.
Vorteilhafterweise wird die Schürfscheibe sternförmig in zwei bis fünf Arme unterteilt, so daß jeder Arm in Folge des Taumelvorganges gegen die Orstbrust geschleu dert wird und dadurch die Scheibe nicht weich in ständi ger Anlehnung an der Ortsbrust abrollt.The scraper disc advantageously has a star shape divided into two to five arms so that each arm in Followed by the tumbling process against the orbital breast is changed and therefore the disc is not soft in constant based on the working face.
Vorteilhafterweise werden die Arme der Schürfscheibe unter einen Winkel nach hinten angestellt, weil dadurch ein Überschnitt erreicht werden kann. The arms of the scraper disc are advantageously at an angle to the back because it does an overlap can be achieved.
Zur Abförderung des Bohrgutes eignet sich die pneumatische Abförderung besonders gut, weil die gelöste Körnung sofort vom Luftstrom von der Ortsbrust abgefördert wird und somit keine dämpfende Schicht bildet. Bei hydraulischer Spülför derung würde die hochfrequente Taumelbewegung durch den umgebenden Brei zu stark gedämpft.The pneumatic is suitable for removing the drilling material Removal is particularly good because the loosened grain is instant is carried away by the air flow from the face and thus does not form a damping layer. With hydraulic flushing would change the high-frequency wobble movement by the surrounding porridge steamed too much.
Bei dem Bohren in weichen Böden, bei denen das Schlagen der Meißel mit hoher kinetischer Energie gegen die Orts brust keine Abbauwirkung hat, schälen die Arme der Schürf scheibe beim bohren die Ortsbrust in der üblichen Weise mit der untersetzten Drehzahl ab. Bei Gesteinseinschlüssen im Erdreich werden diese Steine durch den Schlageffekt abgebaut.When drilling in soft soils where hitting the chisel with high kinetic energy against the local chest has no degradation effect, peel the arms of the prospect when drilling the face in the usual way at the reduced speed. With rock inclusions in the ground, these stones become impacted reduced.
Der pneumatische Bohrgutabtransport ist in weichen Böden ebenfalls von Vorteil. Bohrmaschinen der erfindungsge mäßen Art sind somit auch in nicht homogenen Böden vor teilhaft einsetzbar.Pneumatic drillings are transported in soft soils also an advantage. Drills of the fiction moderate species are therefore also present in non-homogeneous soils partially applicable.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsge mäßes Bohrgerät. Fig. 1 shows a cross section through a drilling device according to the Invention.
Fig. 2 stellt die Ansicht einer Schürfscheibe von vorne dar. Fig. 2 shows the view of a scraper from the front.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Hauptachse durch das Getriebesystem. Fig. 3 shows a section perpendicular to the main axis through the transmission system.
Die Schürfscheibe (1), die an ihrer Spitze mit einer Zentralbohrspitze (2) versehen ist sowie auf den Armen (1a) mit Meißeln (3) besetzt ist, ist über Lager (4 und 5) auf den Wellenzapfen (6 a) der Hauptwelle (6) drehbar gelagert.The scraper disc ( 1 ), which is provided with a central drilling tip ( 2 ) at its tip and is equipped with chisels ( 3 ) on the arms ( 1 a), is on the shaft journal ( 6 a) via bearings ( 4 and 5 ) Main shaft ( 6 ) rotatably mounted.
Die Hauptwelle (6) ist über Lager (7 und 9) wiederum drehbar in dem Gehäuse (8) gelagert. Gegen das Gehäuse (8) ist auf der offenen Seite der Antriebsmotor (11) ge flanscht, der über eine formschlüssige Verbindung (10) die Hauptwelle (6) mit hoher Drehzahl antreibt.The main shaft ( 6 ) is in turn rotatably supported in the housing ( 8 ) via bearings ( 7 and 9 ). Against the housing ( 8 ) on the open side of the drive motor ( 11 ) is flanged, which drives the main shaft ( 6 ) at high speed via a positive connection ( 10 ).
Das rückwärtige Teil der Schürfscheibe (1) ist als zentrisch angeordnetes Kegelzahnrad (1b) ausgeführt, dessen Kopfkegelfläche mit ihrer Spitze im Schnittpunkt (12) der Achsen von Wellenzapfen (6a) und Hauptwelle (6) liegt.The rear part of the scraper disc ( 1 ) is designed as a centrally arranged bevel gear ( 1 b), the tip of which lies at the intersection ( 12 ) of the axes of the shaft journals ( 6 a) and the main shaft ( 6 ).
Auch im Schnittpunkt (12) liegt die Spitze der Kopfkegel fläche des innen verzahnten Kegelrades (8a), das als fester Bestandteil des Gehäuses (8) ausgeführt ist.Also at the intersection ( 12 ) is the tip of the head cone surface of the internally toothed bevel gear ( 8 a), which is designed as an integral part of the housing ( 8 ).
Der Winkel α zwischen den Achsen von Wellenzapfen (6a) und Hauptwelle (6), die Entfernung der Kegelzahn räder vom Schnittpunkt (12) und die Teilkreisdurchmesser der Kegelzahnräder (1a und 9a) sind so aufeinander ab gestimmt, daß bei einer Umdrehung der Hauptwelle (6) - bei der das Kegelrad (1a) im Kegelrad (8a) abläuft - die Verzahnung nur um einen Zahn weiter in Eingriff ge langt. Die Funktionsweise mit der hierdurch erreich baren hohen Untersetzung ist in Fig. 3 dargestellt. The angle α between the axes of the shaft journal ( 6 a) and the main shaft ( 6 ), the distance of the bevel gear wheels from the point of intersection ( 12 ) and the pitch circle diameter of the bevel gear wheels ( 1 a and 9 a) are so matched to one another that at one revolution the main shaft ( 6 ) - in which the bevel gear ( 1 a) runs in the bevel gear ( 8 a) - the teeth only one tooth further engages. The operation with the thereby achievable high reduction is shown in Fig. 3.
Entsprechend der hohen Untersetzung wird ein großes Dreh moment an der Schürfscheibe (1) erreicht.In accordance with the high reduction ratio, a high torque is achieved on the scraping disc ( 1 ).
Das Gehäuse (6) wird fest im Maschinenrohr (13) der Vor richtung eingebaut und in den Schottwänden (13a und 13b) zentriert und verschraubt. Oben sind in die Schottwände (13a und 13b) Öffnungen (13c und 13d) angebracht, durch die die Förderluft bis an die Ortsbrust gelangen kann. Durch das Förderrohr (14) erfolgt der pneumatische Abtransport des Bohrgutes.The housing ( 6 ) is firmly installed in the machine tube ( 13 ) before the device and centered and screwed into the bulkheads ( 13 a and 13 b). Openings ( 13 c and 13 d) are made in the bulkhead walls ( 13 a and 13 b) through which the conveying air can reach the face. The conveying pipe ( 14 ) is used for the pneumatic removal of the drill material.
Das Massesystem, gebildet aus Schürfscheibe (1), Lagern (4 und 5) sowie dem Wellenzapfen (6a), dessen Mittel punkt auf der Achse des Wellenzapfens (6a) liegt und somit bei Drehung eine Zentrifugalkraft auf die Haupt welle (6) ausübt, wird durch ein Gegengewicht (15) aus gewechselt.The mass system formed by cutting disc (1), bearings (4 and 5) and the shaft journal (6 a), the center point on the axis of the shaft journal (6 a), and thus upon rotation, a centrifugal force to the main shaft (6) exercises, is replaced by a counterweight ( 15 ).
BezugszeichenlisteReference list
1 Schürfscheibe
1a Arme der Schürfscheibe
1b Kegelzahnrad
2 Zentralbohrspitze
3 Meißel
4 Lager
5 Lager
6 Hauptwelle
6a Wellenzapfen
7 Lager
8 Gehäuse
8a Innenverzahntes Kegelrad
9 Lager
10 Formschlüssige Verbindung
11 Antriebsmotor
12 Schnittpunkt
13a Schottwand
13b Schottwand
14 Förderrohr
15 Gegengewicht 1 scraper
1 a arms of the scraper
1 b bevel gear
2 central drilling tip
3 chisels
4 bearings
5 bearings
6 main shaft
6 a shaft journal
7 bearings
8 housing
8 a internally toothed bevel gear
9 bearings
10 Positive connection
11 drive motor
12 intersection
13 a bulkhead
13 b bulkhead
14 conveyor pipe
15 counterweight
Claims (8)
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