Bohrwerkzeug zum Herstellen von Ankerbohrungen im Erdreich
Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Herstellen von Ankerbohrungen im Erdreich, die zum Verankern z. B. von Pfählen, Wänden, Säulen und dgl.
stehenden Elementen bestimmt sind, mit einem äusseren Rohrkörper und einer Stange, die innerhalb des Rohrkörpers axial verschiebbar ist mit zmnindest einem Schneidklingenpaar, das schwenkbar am Rohrkörper angelenkt und bei einer relativen axialen Verstellung zwischen dem Rohrkörper und der Stange zwischen zur Rohrkörperlängsachse parallelen Stellungen und zur Rohrkörperlängsachse radial abragenden Stellungen bewegbar ist.
Es wird die Schaffung eines Bohrwerkzeuges bezweckt, mit dem zylindrische, einen bestimmten Durchmesser über die ganze Länge aufweisende Bohrungen seitlich so ausgeweitet werden können, dass hinterschnittene Bohrungen entstehen.
Es sind bereits verschiedene solcher Bohrwerkzeuge bekannt geworden. Bei weichem Erdboden arbeiten diese Bohrwerkzeuge zufriedenstellend. Bei hartem Erdboden jedoch ist kein einwandfreies Arbeiten gewährleistet, es; kann auch kein felsiger Boden bearbeitet werden, da die arbeitenden Schneidklingen nicht stark genug entsprechend den auftretenden Drehmo meute ausgebildet werden können. Will man hierbei die Schneidklingen verstärkt ausbilden, muss man auch den diese Schneidklingen tragenden Teil derart vergrössern, dass wiederum ein zu grosses Drehmoment beim Arbeiten auftritt.
Es wird die Schaffung eines Bohrwerkzeuges bezweckt, mit dem die genannte Schwierigkeit vermieden werden kann.
Das erfindungsgemässe Bohrwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass für jede Schneidklinge in der Stange ein sich axial erstreckender Schlitz und im Rohrkörper ein Paar voneinander diametral gegen überliegenden und sich ebenfalls axial erstreckenden Schlitzen vorhanden sind, und letztere mit dem in der Stange vorhandenen Schlitz übereinstimmen, wobei die Schneidklinge in den Schlitzen liegt, dass jede Schneidklinge nur etwas weniger breit als der Durchmesser des Rohrkörpers ist, wobei die Längsseitenkanten der Schneidklingen innerhalb der Schlitze des Rohrkörpers liegen, dass eine der Schneidklingen an einer Seite und die andere Schneidklinge an der gegenüberliegenden Seite des Rohrkörpers angelenkt ist, und dass die einander abgewandten Aussenseiten der Schneidklingen an den längs verlaufenden Seitenflächen der Schlitze anliegen.
Durch diese Massnahme können die Schneidklingen mit einer grösstmöglichen Fläche mit den Seitenflächen der verschiedenen im Rohrkörper und Stange vorhandenen Schlitze in Berwüng stehen, so dass beim Arbeiten mit dem Bohrwerkzeug das Drehmoment vom Rohrkörper und der innenliegenden Stange in nicht störender Weise auf die Schneidklingen über tragen wird und entweder kein oder nur ein geringes Drehmoment über die Anlenkstellen der Schneidklingen am Rohrkörper übertragen wird.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Bohrwerkzeuges für hydraulische Betätigung,
Fig. 2 einen Längsschnitt eines Teiles des Werkzeuges, welches entweder für eine hydraulische Betätigung entsprechend der Fig. 1 oder für eine mechanische Betätigung durch Mechanismen nach den Figuren 4 und 5 geeignet ist,
Fig. 3 einen Längsschnitt der Teile für die hydraulische Betätigung des Bohrwerkzeuges nach der Fig. 1, die auch zur Betätigung des Werkzeuges nach der Fig. 2 geeignet sind,
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Abstützkopfes des für mechanische Betätigung ausgebildeten Bohrwerkzeuges nach der Fig. 2,
Fig. 5 eine Teilansicht mit Längsschnitt des Mechanismus für eine mechanische Betätigung des Werkzeuges nach der Fig. 2 von der Erdoberfläche aus.
Das in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Bohrwerkzeug, welches zum Ausweiten und zum Unterschneiden von Bohrungen in festen Schichten des Erdreiches sowie im Fels dient, enthält ein dickwandiges metallisches Rohr 1 mit rundem Querschnitt, in dessen Ende ein Bohrer 2 eingeschraubt ist, welcher dem Bohren einer Bohrung im Erdreich oder im Fels bei einer Drehung des Rohres 1 dient.
In der Wand des Rohres 1 sind je ein Paar von diametral entgegengesetzt angeordneten Öffnungen 3 und 4 ausgebildet, wobei sich das Paar der Öffnungen 3 in Längsrichtung vom anderen Paar 4 entfernt befindet, (siehe insbesondere die Fig. 2).
Innerhalb des Rohres 1 befindet sich eine in Längsrichtung bewegliche metallische Stange 5 mit Ausnehmungen 6 und 7. Das vom Bohrer entfernte Ende der Ausnehmungen 6 und 7 der Stange 5 ist mit einer Nockenfläche 8 bzw. 9 versehen. Klingen 10 und 11 mit scharfer Schneide 12, von denen nur eine dargestellt ist, und profilierter Folgefläche 14 bzw. 15 sind in den Ausnehmungen 6 und 7 der Stange 5 angeordnet, wobei sich jeweils die profilierte Folgefläche 14 oder 15 neben der Nockenfläche 8 bzw. 9 der Stange 5 befindet. Jede Klinge ist mittels eines Zapfens 16 in der Wand des Rohres 1 schwenkbar befestigt. Der Drehpunkt einer der Klingen befindet sich an der Seite des Rohres, die dem Drehpunkt der anderen Klinge entgegengesetzt ist. Die Folgeflächen der Klingen sind dabei im umgekehrten Sinne ausgebildet.
Wenn daher die Stange 5 in Längsrichtung gegenüber dem Rohr 1 bewegt wird, so wirken die Nockenflächen 8 und 9 auf ihre zugeordneten Folgeflächen 14 und 15 der Klingen 10 und 11 ein und drücken diese aus einer unwirksamen Stellung innerhalb des Rohres in eine wirksame Stellung, in welcher sie sich radial an entgegengesetzten Seiten des Rohres nach aussen erstrecken. Die wirksame Stellung der Klinge 11 ist in der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt. Die Klingen 10 und 11 können mit verschiedenen Profilen ausgebildet sein. Die Grösse der Bewegung der Klingen ist durch die Bewegung der metallischen Stange 5 bestimmt. Ein Zapfen 17, der an der Stange 5 befestigt ist und in einem bogenförmigen Schlitz 18 einer Klinge geführt ist, gewährleistet eine zwangsweise Rückbewegung der Klinge. In der Fig. 2 ist nur ein Zapfen 17 mit einem Schlitz 18 dargestellt.
Entsprechend der Darstellung in der Fig. 3 ist das Ende des Rohres 1, das vom Bohrer 2 entfernt ist, durch einen hohlen Teil 19 verschlossen, in welchem ein Kolben 20 in Längsrichtung des Rohres 1 hydraulisch beweglich ist. Die metallische Stange 5 steht im Rohr 1 unter dem Einfluss einer Feder 21, die sich am dem Kolben 20 entgegengesetzten Ende der Stange 5 befindet und die Stange gegen den Kolben 20 drückt.
Das von der Stange 5 entfernte Ende des Kolbens 20 bildet eine Begrenzung einer Kammer 22 des Teiles 19, in welche durch eine Leitung 23 ein hydraulisches Druckmittel einführbar ist. Im Ende des hohlen Teiles 19, welches vom Rohr 1 entfernt ist, befindet sich eine Gewindebohrung 24, welche der Aufnahme eines mit einem Gewinde versehenen Zapfens 25 einer Bohrwelle 26 dient (siehe Fig. 1). Die Welle 26 ist mit einer Leitung 27 versehen, welche der Verbindung zwischen der Leitung 23 im hohlen Teil 19 und einer nicht dargestellten bekannten äusseren Quelle eines hydraulischen Druckes dient.
Die Welle 26 ist ausserdem noch mit einem Paar von Leitungen 28 versehen, welche eine normale äussere Quelle von Druckluft mit einem Paar von ovalen Luftrohren 29 verbinden, die in länglichen Ausnehmungen im Rohr des Werkzeuges angeordnet sind und zum Bohrer 2 führen, zum Zwecke einer Reinigung des Bohrers 2 während des Bohrvorganges.
Im Betrieb wird das Bohrwerkzeug durch die Bohrwelle 26 angetrieben und versetzt dadurch den Bohrer 2 in eine Drehbewegung, welcher eine Bohrung im Erdreich oder im Fels bildet. Der Luftdruck wird durch die Leitungen 28 in der Welle und durch die Luftrohre 29 zum Bohrer 2 geführt, so dass dieser vor einem Verstopfen und Festklemmen geschützt wird.
Wenn die gewünschte Tiefe der Bohrung erreicht ist, so wird der Bohrvorgang beendet und hydraulisches Druckmittel durch die Leitungen 27 und 23 in das Werkzeug eingeführt, wodurch der Kolben 20 und mit ihm die metallische Stange 5 gegenüber dem Rohr 1 gegen die Wirkung der Feder 21 bewegt werden.
Dadurch werden die Klingen 10 und 11 aus ihrer unwirksamen Stellung in eine Arbeitsstellung bewegt, in welcher sie sich in radialer Richtung aus dem Rohr 1 nach aussen erstrecken. Die Welle 26 wird dabei gedreht, so dass eine Ausweitung des Profiles der Bohrung entsteht. Die Länge dieser Ausweitung kann dadurch vergrössert werden, dass das Bohrwerkzeug langsam vom Boden der Bohrung gehoben wird, bis die gewünschte Menge des Materiales von der Wand der Bohrung durch die Klingen getrennt wird. Darauf wird der hydraulische Druck vom Kolben 20 entfernt, wobei sich die Stange 5 unter dem Einfluss der Feder 21 bewegt und die Klingen 10 und 11 in das. Rohr 1 einführt. Die Rückbewegung der Klinge 10 und 11 wird dabei durch den Zapfen 17 gesteuert, welcher im bogenförmigen Schlitz 18 in jeder der Klingen geführt ist.
Wenn sich die Klingen in ihrer unwirksamen Stellung befinden, so ist es möglich, das Bohrwerkzeug aus der Bohrung zu entfernen. Darauf kann ein Ankerschuh oder ein ähnlicher Teil in die Bohrung eingeführt werden und in dieser z. B. durch Zement befestigt werden.
Bei der zweiten Ausführung ist der Bohrer 2 am Bohrwerkzeug durch einen festen Kopf 30 ersetzt (siehe Fig. 4), welcher mit der metallischen Stange 5 mittels eines Kugellagers 31 verbunden ist. Die hydraulische Schaltung ist in diesem Falle weggelassen.
Ein elastischer Teil 32 befindet sich zwischen dem Rohr 1 und einer Verlängerung 33 des Kopfes 30 und drückt eine ringförmige Lippe 34 der Verlängerung 33 gegen einen ringförmigen Vorsprung 35 der Stange 5.
Auf diese Weise wird idie metallische Stange 5 normalerweise durch den elastischen Teil 32 in eine Stellung gedrückt, in welcher sich die Klingen 10 und 11 in ihrer unwirksamen Stellung befinden. Bei der Verr wendung wird das Werkzeug am Ende der Bohrwelle 26 befestigt, welche in diesem Falle nicht die Leitungen 27 und 28 aufzuweisen braucht. Das Werkzeug wird darauf durch eine vorher gebohrte Bohrung einige führt, bis der Kopf 30 gegen den Boden der Bohrung stösst. Ein Druck auf die Welle 26 hat zur Folge, dass das Rohr 1 gegenüber der metallischen Stange gegen die Wirkung des elastischen Teiles 32 bewegt wird und eine Schwenkbewegung der Klingen 10 und 11 in ihre wirksame Stellung bewirkt. Die Welle 26 wird dabei gedreht, während der Druck auf sie einwirkt, um dadurch die Klingen 10 und 11 zu bewegen.
Auf diese Weise entsteht ein Unterschneiden der Bohrung. Wenn das Werkzeug aus der Bohrung entfernt werden soll, so wird der Druck auf die Welle 26 gelöst, wobei unter dem Einfluss des elastischen Teiles 32 die Klingen 10 und 11 in das Rohr 1 eingezogen werden. Darauf ist eine Entfernung des Werkzeuges aus der Bohrung möglich.
Das in der Fig. 2 dargestellte Bohrwerkzeug kann durch einen Mechanismus betätigt werden, welcher in der Fig. 5 dargestellt ist und eine hohle Bohrwelle 42 aufweist, an deren einem Ende das Rohr 1 des Bohrwerkzeuges befestigt ist. Am anderen Ende der hohlen Bohrwelle 42 ist die Ausgangswelle 43 eines bekannten Typs einer Bohrmaschine 44 befestigt. Eine Bewegung der Bohrmaschine 44 hat dabei eine Drehung der hohlen Bohrwelle 42 zur Folge, zusammen mit dem Rohr 1 und einem Bohrwerkzeug nach der Fig. 1, wodurch eine Bohrung in der Erde oder im Fels ausgebildet werden kann.
Innerhalb der hohlen Welle 42 befindet sich eine Betätigungsstange 45, welche gegenüber der Bohrwelle 42 in ihrer Längsrichtung beweglich ist. Die Betätigungsstange 45 ist mit ihrem Ende in einer Gewindebohrung 46 in dem vom Bohrer 2 entfernten Ende der metallischen Stange 5 eingeschraubt. Die Betätigungsstange 45 ist durch eine Bohrung 47 in der Bohrmaschine 44 durchgeführt und ist ausserhalb der Bohrmaschine 44 mit einer nicht dargestellten bekannten Vorrichtung verbunden, die der Bildung einer Zugkraft in der Stange 45 dient.
Im Betrieb wird durch eine Drehung der Welle 42, des Bohrers und des vorliegenden Bohrwerkzeuges durch die Maschine 44 eine Bohrung im Erdreich ausgeführt. Wenn die Bohrung die erforderliche Tiefe erreicht hat, so wird die Stange 45 in der Welle 42 durch die Vorrichtung zur Bildung einer Zugkraft gezogen und die metallische Stange 5 im Bohrwerkzeug bewegt sich gegenüber dem Rohr 1 soweit, bis sich die Klingen durch die Öffnungen in der Wand des Rohres 1 in ihre Arbeitsstellung erstrecken, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben wurde. Die Welle 42 wird gedreht, und eine Ausweitung der Bohrung wird durchgeführt. Darauf wird die Zugkraft von der Stange 45 gelöst und die Klingen werden in das Rohr des Bohrwerkzeuges eingeführt, so dass das Bohrwerkzeug in der bereits beschriebenen Weise aus der Bohrung entfernt werden kann.
Es versteht sich, dass die Betätigungsstange in die hohle Bohrwelle 42 erst nach dem Vorbohren der Bohrung eingeführt werden kann, um mit der metallischen Stange des Bohrwerkzeuges zusammenzuwirken.
Es kann auch mehr als eine Stange bzw. ein Draht verwendet werden, um die Stange 5 des Bohrwerkzeuges zu betätigen.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführung kann ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder mit einem Kolben neben jeder Klinge angeordnet sein und die Kolben können die metallische Stange 5 als Organ zur Bewegung der Klingen ersetzen. Durch eine Betätigung der Kolben in den Zylindern kann eine Bewegung der Klingen aus ihrer unwirksamen Stellung in ihre wirksame Arbeitsstellung bewirkt werden, wobei eine Feder vorgesehen ist, welche der Rückbewegung der Klingen dient, wenn das Bohrwerkzeug aus einer Bohrung entfernt werden soll.
Es versteht sich, dass die Klingen mit scharfen Schneiden, Zähnen, Spitzen aus Stellit oder mit einem Überzug aus Hartmetall versehen sein können, je nach der Art des Erdreiches, in welchem gebohrt werden soll.
An der Stelle von Druckluft kann Wasser zum Spülen verwendet werden, um das Bohrwerkzeug vor einem Festklemmen zu schützen. Anstatt einer Flüssigkeit kann andererseits Luft zur Betätigung des Kolbens bei der ersten Ausführung verwendet werden.
Es ist auch möglich, die Anzahl und die Form der Klingen an die Anforderungen der Verankerung anzupassen.