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Publication number: DEB0036441MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 11. Juli 1955 Bekanntgemacht am 8. November 1956Registration date: July 11, 1955. Advertised on November 8, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

B36441 VI/5aB36441 VI / 5a

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Brühl (Bez. Köln)Brühl (district of Cologne)

Die Erfindung betrifft mit Druckluft oder Druckgas betriebene Schlagbohreinrichtungen, welche insbesondere für Tiefbohrungen Verwendung finden sollen. Es ist hierbei bekannt, derartige Bohreinrichtungen in der Weise auszubilden und zur Anwendung zu bringen, daß sie ins Bohrloch eingeführt, werden und das Bohrwerkzeug unmittelbar vor der Bohrlochsohle schlagend oder rammend antreiben. Die Erfindung hat sich insbesondere zum . Ziel gesetzt, Bohreinrichtungen dieser Art zu schaffen, welche in der Lage sind, schwerste Bohrarbeit zu leisten, mit hohen Drücken betrieben werden können und dabei auch einen hohen Auspuffgegendruck überwinden können, so daß sie auch tief unter einer Wasser- oder Schlammsäule im Bohrloch noch große Schlagleistungen abgeben können. Weiterhin hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, eine derartige Bohreinrichtung möglichst einfach und weitgehend unempfindlich gegen Verschmutzen, auszubilden. Die Zufuhr der Druckluft kann dabei über ein Hohlgestänge oder auch durch einen Hochdruckschlauch, der neben einem Tragseil mit ins Bohrloch eingelassen wird, erfolgen. Auf der anderen Seite ist es auch möglich, bei Verwendung eines Hohlgestänge« für die Druckluftzufuhr dieses gleichzeitig für ein Umsetzen des Bohrwerkzeuges zu benutzen oder regelrecht drehend anzutreiben.The invention relates to percussion drilling devices operated with compressed air or compressed gas, which are to be used in particular for deep drilling. It is known here such To train and use drilling equipment in such a way that it goes into the borehole are introduced, and the drilling tool striking or immediately in front of the bottom of the borehole drive ramming. The invention has in particular to. Target set drilling equipment of this type, which are able to perform the heaviest drilling work, with high pressures can be operated and can also overcome a high exhaust back pressure, so that they still have great impact performance even deep under a column of water or mud in the borehole can submit. Furthermore, the invention has set itself the goal of such a drilling device as simple as possible and largely insensitive to contamination to train. the The compressed air can be supplied via a hollow rod or a high-pressure hose, which is inserted into the borehole next to a suspension rope. On the other hand is it is also possible, when using a hollow rod «for the compressed air supply, this at the same time to use for a transfer of the drilling tool or to drive it properly rotating.

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Im einzelnen geht die Erfindung von bekannten Bohreinrichtungen dieser Art aus, welche in Form eines innerhalb eines Zylinders angeordneten Schlagkorbens in das Bohrloch einführbar sind, und besteht im, wesentlichen darin, daß der Zylinderraum des Schlagkolbens mit einem Windkessel über ein von einem gewissen Höchstdruck im Windkessel gesteuerten Abschlußorgan in Verbindung steht. Eine derartige Bohreinrichtung kannIn detail, the invention is based on known drilling devices of this type, which in the form an impact basket arranged within a cylinder can be introduced into the borehole, and consists essentially in the fact that the cylinder space of the percussion piston is connected to an air chamber via a closing element controlled by a certain maximum pressure in the air chamber stands. Such a drilling device can

ίο insbesondere zur Erzeugung von sehr starken Einzelschlägen auf das Bohrwerkzeug, z. B. beim Zertrümmern von großen Kiesel- oder Geröllstücken Venvendung finden, so daß sie also beispielsweise als Hilfseinrichtung zur Anwendung gebracht wird,, wenn ein anderes ,Bohrwerkzeug infolge Auftretens großer Geröllstücke versagt. Auf der anderen Seite ist es auch möglich, die Einrichtung nach der Erfindung zur Niederbringung ganzer Bohrungen zu benützen.ίο in particular to produce very strong Single blows on the drilling tool, e.g. B. when smashing large pieces of pebbles or rubble Find use, so that they can be used, for example, as an auxiliary device is brought, if another, drilling tool as a result The appearance of large pieces of debris fails. On the other hand, it is also possible to set up to use according to the invention for drilling entire bores.

Im einzelnen kann bei der Einrichtung nach der Erfindung das Abschlußorgan vorteilhaft am oberen Ende des Schlagkolbens angeordnet sein und beispielsweise die Form eines selbstlidernden Stopfens aus elastischem Material, wie Gummi oder Kunststoff, besitzen oder auch als selbstlidernde Nutringmanschette ausgebildet sein. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen das Steuerorgan magnetisch oder elektromagnetisch ausgebildet ist.In detail, in the device according to the invention, the closure member can advantageously be at the top Be arranged at the end of the percussion piston and, for example, in the form of a self-lid stopper made of elastic material, such as rubber or plastic, or as a self-lid grooved collar be trained. However, embodiments of the invention are also possible, in which the control element is designed to be magnetic or electromagnetic.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist. In der zeichnerischen Darstellung sind in Fig. 1 bis 6 sechs verschiedene Ausführungsbeispiele einer Bohreinrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt schematisch veranschaulicht.Further advantageous details of the invention are apparent from the drawing, in which the Invention example is illustrated. 1 to 6 are shown in the drawing six different embodiments of a drilling device according to the invention in longitudinal section illustrated schematically.

Die Bohreinrichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem langgestreckten Zylinderkörper 1, welcher beispielsweise an das übliehe Bohrgestänge angeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Windkessel 2 angeordnet, der durch eine düsenartige Bohrung 3 über die Druckluftzuleitung 4 langsam mit Druckluft gefüllt werden kann. Am unteren Ende des Windkessels 2 befindet sich eine nach Fig. 1 bis 3 durch einen konischen Gummi- oder Kunststoffstopfen 5 verschließbare Öffnung,¹ der am oberen Ende des Schlagkolbens 6 mit seinem breiten Ende eingesetzt ist. Der Schlagkolben 6 ist innerhalb des Zylinders 7 beweglich und steht unter der Wirkung der Rückholfeder 8. Mit 9 ist in Fig. 1 das Einsteckende des Bohrmeißels bezeichnet, welches mit dem Arbeitszylinder 7 zweckmäßig durch eine Schleppkupplung 10 verbunden ist.The drilling device according to the invention consists essentially of an elongated cylinder body 1, which is connected, for example, to the usual drill rods. An air chamber 2 is arranged inside the housing 1 and can be slowly filled with compressed air through a nozzle-like bore 3 via the compressed air supply line 4. At the lower end of the air chamber 2, a 1 is shown in FIG. 3 up by a conical rubber or plastic plug sealable opening 5, ¹ is inserted at the upper end of the impact piston 6 with its wide end. The percussion piston 6 is movable within the cylinder 7 and is under the action of the return spring 8. In FIG.

Der Gummistopfen 5 ist selbstlidernd, d. h. durch den Druck im Windkessel 2 wird seine obere Fläche eingedrückt, der Gummi verformt sich elastisch und legt sich fest an die Halswand der ihn umgebenden Bohrung an und sorgt für einen hermetischen Abschluß des Windkessels. Ist beim Einströmen von Druckluft durch die Düse 3 im Windkessel 2 ein bestimmter Druck erreicht, dann wird der Stopfen 5 sehr plötzlich aus seiner Bohrung herausgedrückt, öffnet schlagartig den Windkessel 2 nach dem Arbeitszylinder 7, und die im Windkessel 2 gespeicherte Luftenergie wird auf die ganze Fläche des Schlagkolbens 6 wirksam. Der Druck, bei dem der Stopfen 5 öffnet, wird durch die Schließkraft der Rückholfeder 8 und die Liderungseigenschaften des Stopfens 5 sowie seinen Flächenquersohnitt bestimmt. Dieser Drück kann auf sehr große Werte, z.B. 50 bis 150 atü, eingestellt werden. Im Verein mit einem entsprechenden Windkesselinhalt können in dieser Weise Energien auf den Schlagkolben ausgeübt werden, welche an Geschoßenergien heranreichen, so daß auch große Geröllstücke mit einem oder wenigen Schlagen gespalten oder zertrümmert werden können. Der Kolben 6 dichtet gegen die Wand des Arbeitszylinders 7 erfindungsgemäß nicht vollständig ab, sondern ist im Zylinder 7 mit etwas Spiel geführt und miteingedrehtenLabyrinthrillenii ausgestattet. Das Labyrinth und die Düse 3 sind derart aufeinander abgestimmt, daß nicht so viel Luft durch die Düse nachströmen kann, wie das Labyrinth durchläßt. Die Rückholfeder 8 ist infolgedessen in der Lage, den Kolben 6 mit Stopfen 5 nach erfolgtem Schlaghub sicher wieder in seine obere Abschlußlage zu führen und den Windkessel wieder gewissermaßen zuzukorken. g₀ Dieser füllt sich darauf wieder mit Druckluft, und das Spiel wiederholt sich. Bei der dargestellten Einrichtung ist also der Auspuff nicht. besonders gesteuert, sondern die Auspuff luft geht an dem Labyrinth 11 vorbei' und tritt durch eine Bohrung 12 in das Bohrloch. Erfindungsgemäß kann aber der Arbeitszylinder auch in seinem unteren Teil etwas konisch erweitert sein, um den Auspuff zu be-, schleunigen. Auch besondere Austrittslöcher können im unteren Teil des Arbeitszylinders 7 angeordnet sein.The rubber stopper 5 is self-lidding, ie its upper surface is pressed in by the pressure in the air chamber 2, the rubber deforms elastically and attaches itself firmly to the neck wall of the hole surrounding it and ensures a hermetic seal of the air chamber. If a certain pressure is reached when compressed air flows in through the nozzle 3 in the air chamber 2, the plug 5 is very suddenly pushed out of its bore, the air chamber 2 suddenly opens after the working cylinder 7, and the air energy stored in the air chamber 2 is applied to the whole Area of the percussion piston 6 effective. The pressure at which the stopper 5 opens is determined by the closing force of the return spring 8 and the Liderung properties of the stopper 5 and its cross-surface area. This pressure can be set to very high values, for example 50 to 150 atmospheres. In combination with a corresponding air vessel content, energies can be exerted on the percussion piston in this way, which come close to projectile energies, so that even large pieces of debris can be split or smashed with one or a few blows. According to the invention, the piston 6 does not seal completely against the wall of the working cylinder 7, but is guided in the cylinder 7 with some play and equipped with screwed-in labyrinthine grooves. The labyrinth and the nozzle 3 are matched to one another in such a way that not as much air can flow through the nozzle as the labyrinth lets through. As a result, the return spring 8 is able to safely guide the piston 6 with the stopper 5 back into its upper end position after the stroke stroke has taken place and, as it were, to cork the air chamber again. g ₀ This then fills up again with compressed air and the game repeats itself. In the device shown, the exhaust is not. specially controlled, but the exhaust air goes past the labyrinth 11 'and passes through a bore 12 into the borehole. According to the invention, however, the working cylinder can also be widened somewhat conically in its lower part in order to accelerate the exhaust. Special outlet holes can also be arranged in the lower part of the working cylinder 7.

Bei einer Einrichtung nach der Erfindung können kleine Hochdruckverdichter für die Erzeugung der Druckluft verwendet werden, und es können sehr hohe Schlagenergien erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, die Einrichtung nach der Erfindung in der Weise zu verwirklichen, daß hochgespannte Druckluft dem Arbeitszylinder aus einer Stahlflasche über den Windkessel zugeführt wird. Auch andere Gase als Luft sind im Rahmen der Erfin- n₀ dung verwendbar, z. B. Kohlensäure oder Stickstoff. ■ .In a device according to the invention, small high-pressure compressors can be used to generate the compressed air, and very high impact energies can be achieved. However, it is also possible to implement the device according to the invention in such a way that high-pressure compressed air is fed to the working cylinder from a steel cylinder via the air chamber. Other gases than air are within the scope of the inventions n ₀ dung usable z. B. carbonic acid or nitrogen. ■.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem der Schlagkolben 6 selbst an seinem Ende mit einem meißelartigen Bohrwerkzeug 13 versehen ist.In Fig. 2, another embodiment of the invention is illustrated in which the percussion piston 6 itself is provided with a chisel-like drilling tool 13 at its end.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei welchem zwecks Vermeidung eines Hochdruckschlauches oder einer Druck- oder Gaszuführung durch ein Gestänge feste Kohlensäure in einem schlanken, abgeschlossenen Hochdruckbehälter 14 unmittelbar am Hammergehäuse angeordnet ist. Die feste Füllung des Hochdruckbehälters 14 verwandelt sich nach Maßgabe der einströmenden Wärme in Druckgas und wird über die Düse 3 dem Windkessel 2 zugeführt.In Fig. 3, an embodiment of the invention is illustrated in which for the purpose of avoidance a high pressure hose or a pressure or gas supply through a rod solid carbon dioxide in a slim, closed high-pressure container 14 directly on the hammer housing is arranged. The solid filling of the high-pressure container 14 changes according to the measure the inflowing heat in compressed gas and is fed to the air chamber 2 via the nozzle 3.

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Ein Standrohr 15 verhindert, daß flüssige Kohlensäure in den Windkessel gelangt.A standpipe 15 prevents liquid carbonic acid gets into the air chamber.

Es ist auch möglich, die Erfindung mit Hilfe einer schlanken Hochdruckgasflasche zu verwirk-¹ licten, welche zugleich als Schwerstange dient und die von einem Kompressor über Tage aufgefüllt' wird, indem man eine derartige Hochdruckgasflasdhe über einem Hammer anordnet.It is also possible to use the invention with the help of a slender high-pressure gas cylinder to verwirk- licten ^1, which also serves as a drill collar and the 'will be filled from a compressor on the surface, by arranging such Hochdruckgasflasdhe via a hammer.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der" Erfindung veranschaulicht, bei welchem der Abschluß des Windkessels 2 gegen den Arbeitszylinder 7 mit Hilfe einer Nutringmanschette 16 erfolgt. Der Arbeitskolben 6 ist mit einem entsprechenden zapfenartigen Ansatz 17 versehen.In Fig. 4 is an embodiment of the "invention illustrates in which the closure of the air chamber 2 against the working cylinder 7 takes place with the aid of a U-ring collar 16. the Working piston 6 is provided with a corresponding pin-like extension 17.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Ernn^: dung veranschaulicht, bei welchem der Windkessel 2 innerhalb des Schlagkolbens 6 angeordnet ist. Zwecks Erreichung höherer Schlagzaihlen ist es hierbei auch möglich, die Einströmung der Druck-In FIG. 5, an exemplary embodiment of the Ernn ^: tion is illustrated in which the air chamber 2 is arranged within the percussion piston 6. In order to achieve higher impact numbers, it is also possible to reduce the inflow of the pressure

.20 luft in den Windkessel 2 zwangläufig zu steuern.' Zu diesem Zweck kann nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Zapfen 18 ein Liderungsring 19 gegen die Wirkung einer Feder 20 verschiebbar angeordnet sein, welcher Einströmbohrungen 21 im Zapfen 18 steuert. Erst wenn der-Ring 19, welcher gleichzeitig den Arbeitsraum des Arbeitszylinders 7 gegen den Windkessel 2 abschließt, beim Rückhub des Kolbens 6 auf dem Zapfen 18 so weit hochgeschoben ist, daß die Bohrungen 21 frei werden, strömt der Windkessel voll. Ist ein bestimmter Höchstdruck im Windkessel· 2 erreicht und der Schlaghub eingeleitet, schiebt die Feder 20 den Ring 19 wieder über die Bohrungen.20 air in the air chamber 2 must be controlled. ' For this purpose, according to the illustrated embodiment, a linging ring can be placed on a pin 18 19 be arranged displaceably against the action of a spring 20, which inflow bores 21 in pin 18 controls. Only when the ring 19, which at the same time closes the working space of the working cylinder 7 from the air chamber 2, is pushed up so far on the pin 18 during the return stroke of the piston 6 that the bores 21 become free, the air chamber flows fully. Is a certain maximum pressure in the air chamber 2 reached and initiated the stroke stroke, the spring 20 pushes the ring 19 again over the bores

21 und schließt damit den Zutritt zur Druckluft.21 and thus closes the access to the compressed air.

. 35 In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem der untere Verschluß des Windkessels 2 mit Hilfe eines Magneten. 35 In Fig. 6, an embodiment of the invention is illustrated in which the lower closure of the air chamber 2 with the help of a magnet

22 erreicht wird, dessen Haftkraft durch den Druck im Windkessel überwunden werden muß, um diesen nach dem Arbeitsraum des Zylinders 7 zu öffnen: Eine Topfmanschette 23 im Kolben 6 übernimmt die Abdichtung. Der Magnet 22 ist zweckmäßig als Permanentmagnet ausgebildet.22 is achieved, the adhesive force of which must be overcome by the pressure in the air chamber to this to open after the working space of the cylinder 7: A cup sleeve 23 in the piston 6 takes over the seal. The magnet 22 is expediently designed as a permanent magnet.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Sohlag drilling device driven by compressed air or compressed gas, in particular for deep boreholes, which are in the form of a with a Percussion piston equipped cylinder can be introduced into the borehole, characterized in that that the cylinder chamber of the percussion piston with an air chamber via a pressure in the Air chamber controlled closure member is in communication.

2. Bohreinriclhtung according to claim i, characterized in that the terminating member on The upper end of the percussion piston is arranged and the piston is under the action of a return spring stands. '";.:.

3. drilling device according to claim 1 and 2, characterized in that the closure member consists of a self-lid stopper made of elastic Material consists.

4. Bohreinridhtung according to claim 1 and 2, characterized in that the Abscihlußorgan is sealed with the help of a self-lidded U-ring collar.

5. Bohreinridhtung according to claim 1 and 2, characterized in that the closure member of the air chamber has a magnet which presses the upper part provided with a sealing collar piston against the lower outlet of the air chamber until the pressure in the air chamber overcomes the adhesive force, whereupon a ¹ sudden opening of the air chamber takes place. ■. . ■

6. Drilling device according to claim 1 to 5, characterized in that between the percussion piston and a gap or labyrinth grooves are provided in the wall of its cylinder, through which more air or gas can flow than through the one that feeds the air chamber Inlet opening ..

7. Bohreinriclhtung according to claim 1 to 6, characterized in that the air chamber in the is arranged upper, hollow part of the percussion piston.

8. drilling device according to claim 1 to 7, characterized in that the compressed air supply to the air chamber is positively controlled is in that the control element consists of a on ■ a pin against the action of a spring ' sliding.Liderungsring consists, which controls air inlet openings on the pin and on its outside the working space of the cylinder against the air chamber as a shut-off element concludes. .-.

9. Bohreinridhtung according to claim 1 to 8, characterized in -that a drill collar also acts as a drill collar above the urine tool Serving, filled: Pressurized gas cylinder is arranged. '.' · '..

10. drilling device according to claim 1 to 8, characterized in that a closed, with Dry ice-filled high-pressure container is arranged above the hammer, which has a Standpipe with nozzle is connected to the air chamber. '' 110,

1 sheet of drawings