CN116113749A - 用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置和用于完成钻孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置，其具有：支架，该支架用于将所述装置保持在钻机的桅杆处；导向管，该导向管区段式地包围所述螺旋钻杆并且支承在所述支架处；以及清理元件，该清理元件嵌入到螺旋间隙中并且以能够围绕钻孔轴线自由转动的方式支承在所述支架处。根据本发明设置了：所述导向管以能够围绕所述钻孔轴线自由转动的方式支承在支架处；所述清理元件固定地安装在可转动地支承的导向管处；为了进行清理，将所述导向管沿着钻孔轴线的方向进行轴向固定；并且通过所述螺旋钻杆的拔出过程能够将所述清理元件与导向管一起置于围绕所述钻孔轴线的转动中，以便清理所述螺旋钻杆。此外，本发明涉及一种用于借助钻机在地面中完成钻孔的方法，其中使用根据本发明的装置。

Description

用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置和用于完成钻孔的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置，其具有：支架，该支架用于将所述装置保持在钻机的桅杆上；导向管，该导向管区段式地包围所述螺旋钻杆并且支承在所述支架处；以及清理元件，该清理元件嵌入到螺旋间隙中并且以能够围绕钻孔轴线转动的方式支承在所述支架处。

此外，本发明涉及一种根据权利要求11的前序部分的、用于借助钻机在地面中完成钻孔的方法，其中，将螺旋钻杆旋入地面中以便形成钻孔，并且随后再将其拔出。

背景技术

对于在地面中、尤其在具有粘性土壤材料的地面中完成钻孔而言通常必要的是，在拔出螺旋钻杆之后，将残留在钻孔螺旋部上的土壤材料去除。对于针对残留的土壤材料进行的对钻孔螺旋间隙的这种清理和对螺旋钻杆的清洁而言已知的是，在钻机上设置清理装置。

在一种简单的构造中，清理装置具有固定的导向管，在所述导向管处，清理板为了清理螺旋间隙能够向内摆动到该螺旋间隙中。因此，借助螺旋钻杆的相配合的转动运动和拉拔运动能够通过所述清理板将残留的土壤材料从螺旋间隙中去除。

例如由DE 34 46 902 A1已知这样的清理装置。

此外，由EP 1 081 329 B1已知一种具有类似于叶轮的清理元件的清理装置。这种类似于叶轮的清理元件与螺旋钻杆的螺旋部处于啮合连接状态中，以便嵌入到螺旋间隙中并且针对残留的土壤材料对其进行清洁。

由EP 2 749 729 A1已知一种具有清理装置的钻机，在所述钻机中，清理元件以能够围绕钻孔轴线转动的方式支承并且通过旋转马达驱动。通过所述清理元件的旋转的驱动装置能够使该清理元件围绕所述螺旋钻杆环绕运行，并且因此能够在螺旋钻杆进行配合的拉拔运动时，将残留的土壤材料从所述螺旋间隙清除。然而，对于这样的布置而言需要通过液压管路或电线进行能量供应，这与增加的耗费相关联。原则上清理装置位于靠近钻孔的区域处，在该区域中的供电线路的导向装置在运行中遭受增大的损坏风险。此外，所述清理元件通过旋转马达产生的转动运动和所述螺旋钻杆的拉拔运动必须精确地配合，因为否则会面临所述清理元件和螺旋钻杆损坏的风险。

由EP 0 744 525 B1已知这种类属的清理装置。这种清理装置具有支架，所述支架具有在其上固定地安装的导向管。清理装置通过轴向轴承以围绕钻孔轴线自由转动的方式支承在所述导向管的下侧处，使得所述清理装置能够围绕所述钻孔轴线环绕运行。

为了利用这种装置进行清理而设置了，将该装置首先移动到桅杆的上端部区域，使得所述清理装置基于其自身重量能够在拔出所述螺旋钻杆时向下运动。由此，嵌入到螺旋间隙中的清理器能够螺旋形地行进通过(abfahren)该螺旋间隙，并且因此将残留的土壤材料刮除。在这种组件中，所设置的轴向轴承不仅承受轴向力，而且承受相当大的横向力，因此所述轴向轴承和组件的性能和使用寿命总体上均受损。

发明内容

本发明的任务在于指明一种用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置及其方法，利用所述装置和方法能够以简单且可靠的方式实现对所述螺旋钻杆的螺旋间隙的清理。

根据本发明，所述任务一方面通过具有权利要求1的特征的装置来解决；且另一方面通过具有权利要求11的特征的方法来解决。本发明的优选的实施方式在从属权利要求中表明。

根据本发明的装置的特征在于：导向管以能够围绕钻孔轴线自由转动的方式支承在所述支架处；清理元件固定地安装在可转动地支承的导向管处；为了进行清理，所述导向管沿着钻孔轴线的方向被轴向固定；并且通过螺旋钻杆的拔出过程能够将所述清理元件连同导向管置于围绕所述钻孔轴线的转动中，以便清理该螺旋钻杆。

本发明的一个基本构思在于，被螺旋钻杆穿透的导向管以能够自由转动的方式支承在支架处。基于所述导向管的尺寸，能够在支架处设置可靠且稳定的支承装置。所述清理元件固定在可转动地支承的导向管处，使得所述清理元件与导向管一起可自由转动。在本发明的意义中，“可自由转动”意味着未设置用于使所述清理元件转动的主动的旋转驱动装置，然而所述清理元件在拔出时由于与螺杆几何构造的共同作用而能够进行转动运动。所述清理元件能够以可拆卸和/或可调节的方式安装在所述导向管处。

本发明的另一个方面在于，为了进行清理，将所述导向管相对于钻孔轴线轴向固定。这能够例如通过将所述支架固定或夹紧在钻机的桅杆处来实现。总体而言，在这种情况下所述装置如此构造，使得通过所述螺旋钻杆的拔出过程，将嵌入到该螺旋钻杆的螺旋间隙中的清理元件连同导向管置于围绕所述钻孔轴线的转动中。通过螺杆几何构造，并且尤其通过螺杆螺旋部的几何构造，将所述螺旋钻杆的轴向的拉拔运动转化成所述清理元件与导向管一起围绕所述钻孔轴线的转动运动。于是在此，轴向的拉拔运动和所述清理元件的转动运动自动且被动地相互配合。在所述螺旋钻杆进行拉拔运动时，它能够进行一定的转动运动，或者也可以沿着周向方向静止。

因此，通过本发明能够在总体上简单且耐用的构造中，在没有清理装置的麻烦的控制装置或能量供应的情况下，针对残留的土壤材料对螺旋钻杆实现可靠的清理。

本发明的一种优选的实施方式是，所述清理元件具有清理板，该清理板具有接纳缝隙，钻孔螺旋部插入到该接纳缝隙中。所述清理板借助接纳缝隙从自由边缘在上侧和下侧处包围所述钻孔螺旋部。在此，所述清理板能够如此构造，使得它在整体上或者所述钻孔螺旋部的径向尺寸的主要部分上延伸。由此，确保所述钻孔螺旋部被所述清理板可靠地扫过并且确保土壤材料被刮除。

按照根据本发明的装置的一种改型方案，有利的是所述清理板包括板式基体，用于形成接纳缝隙的至少一个调节板以可调节的方式支承在该板式基体处。优选地设置两个调节板，所述两个调节板构成接纳缝隙的上边缘和下边缘。借助所述调节板在板式基体处的可调节性能够自由地设定缝隙宽度并且与螺旋钻杆的钻孔螺旋部的相应的板片厚度相匹配。优选地，所述调节板由特别耐磨损的材料制成，因为它们能够抵靠在钻孔螺旋部处并且刮除土壤材料。

在过度磨损的情况下，所述调节板也能够容易地拆卸和更换。优选地，在调节板处设置具有长孔的螺栓连接部，以便紧固至少一个调节板。

在清理运行中，所述清理元件的接纳缝隙的边缘能够与沿轴向运动的螺旋钻杆接触，从而由于所述钻孔螺旋部的升高而促使所述清理元件被挤压并且因此促使其围绕所述钻孔轴线转动运动。

为了在匹配钻孔螺旋部的运动方面改进所述清理元件的运动，根据本发明的另一变体实施方案设置了，至少一个导向滚子可转动地支承在所述清理元件上，以便抵靠到所述螺旋钻杆的钻孔螺旋部上。在此，优选地将至少一个导向滚子如此布置在所述清理元件处，使得它抵靠在钻孔螺旋部的下侧处。在此，所述钻孔螺旋部的下侧是与放置有土壤材料的上侧对置的一侧。由于尤其所述钻孔螺旋部通常不会完全被土壤材料充满，因此实现了导向滚子的特别宽松(schonend)的定位。这还能够通过下述方式来改进，即导向滚子沿着清理方向位于所述清理板的后方，使得该导向滚子自身不接触或几乎不接触土壤材料。所述导向滚子用作凸块式滚子，该凸块式滚子与钻孔螺旋部一起构成凸块跟随机构，以便将螺旋钻杆的轴向的拉拔运动转化为所述清理元件和导向管的转动的环绕运动。

此外，根据本发明的一种实施例，通过下述方式实现所述导向管的特别好的支承，即所述支架具有环形接纳部，所述导向管可转动地支承并且接纳在所述环形接纳部处。因此，所述导向管在整个周部上侧向包围地(umseitig)可转动地支承，使得既能够可靠地承受轴向力，也能够可靠地承受横向力。原则上，所述导向管以可拆卸且可更换的方式紧固，从而在螺旋钻杆改变的情况下，能够通过更换导向管来容易地实现与改变的直径的匹配。

在此，尤其有利的是，将多个轴承滚子(Lagerrolle)布置在环形接纳部上，借助这些轴承滚子将所述导向管以能够围绕所述钻孔轴线转动并且相对于钻孔轴线轴向固定的方式支承在支架处。在此，所述轴承滚子以相应的滚动轴支承在支架处，尤其支承在所述环形接纳部的内侧处，所述滚动轴相对于钻孔轴线径向地指向。所述轴承滚子尤其构造成支承滚子(Auflagerrolle)，其中，所述导向管的外周处的上环状板片放置到所述轴承滚子上。为了防止导向管套向上轴向移动，能够在导向滚子套的外周处进一步安装下环状板片。在此，所述上环状板片和下环状板片沿轴向隔开大约对应于横向指向的轴承滚子的外径的距离。通过这种方式布置的轴承滚子也称为老虎滚子(Tigerrollen)。

本发明的另一种有利的构造是，利用两个枢转臂构造所述环形接纳部，所述两个枢转臂在闭合的运行位置和打开位置之间可摆动地得到支承，其中，在所述闭合的运行位置中，所述枢转臂摆动到一起以便形成环形接纳部，并且通过可拆卸的连接装置彼此连接；在所述打开位置中，所述枢转臂彼此分离地朝侧向摆动。这使所述环形接纳部能够打开，例如使得所述螺旋钻杆能够以简化的方式从侧向被移除和更换。此外，在所述螺旋钻杆完成钻孔、还不需要清理装置时，所述环形接纳部的打开摆动(Aufschwenken)能够将该清理装置尽可能从工作区域中移开。由此能够实现，所述清理装置不妨碍钻孔驱动装置沿着桅杆向下移动，使得所述钻孔驱动装置能够沿着桅杆向下尽可能地移动到地面。

在随后拔出所述螺旋钻杆时，可摆动地支承在支架处的枢转臂能够以简单的方式再摆动到一起，并且通过合适的连接装置、例如通过闭锁销再彼此固定地连接。

在此，尤其有利的是，所述导向管能够被分开，以便打开。优选地，所述导向管能够打开成两个对半壳体，其中，每个对半壳体优选被紧固在枢转臂处。在需要的情况下，也可以将所述对半壳体从枢转臂处取下，或者借助单独的固定装置将其固定在处于打开状态中的枢转臂处。在所述导向管处同样也可以在其外周上设置合适的连接装置、例如夹紧夹或螺栓连接部，使得两个对半壳体在导向管闭合时又可靠地相互连接。

根据本发明的一种改型方案，有利的是所述支架具有用于沿着钻机的桅杆进行可移动的引导的滑动引导部；并且具有用于将所述支架固定在桅杆处的锁定装置。所述支架尤其能够具有滑座，借助所述滑座将所述支架和钻机滑块沿着在桅杆、尤其在引导装置处的引导部可移动地支承。能够以各种合适的方式进行移动，例如借助调节缸或牵引索来实现。尤其可以设置能够用手或能量驱动来操纵的夹具作为固定装置。

此外，本发明还包括钻机，其具有下部托架、在其上支承的上部托架以及桅杆，钻孔驱动装置与被驱动的螺旋钻杆一起沿着所述桅杆可移动地支承，其中，为了进行清理而布置有前面说明的根据本发明的装置。所述装置尤其布置在钻机处的桅杆的区域中。所述钻机尤其能够是桩式钻机，其中所述桅杆基本上竖直地布置并且支承在具有下部托架和上部托架的承载器械上。

此外，本发明包括一种用于借助前面说明的钻机在地面中形成钻孔的方法，其中，将螺旋钻杆旋入地面中以便形成钻孔，并且随后再将其拔出。在所述螺旋钻杆进行旋入时使得能够堆积在螺旋形的钻孔螺旋部上的土壤材料被挖出，其中所述螺旋钻杆尤其可以是连续螺旋钻杆(Endlosbohrschnecke)，所述连续螺旋钻杆基本上沿着所述桅杆的整个长度延伸。

根据本发明，当拔出所述螺旋钻杆时，借助前面说明的根据本发明的装置针对残留的土壤材料对螺旋钻杆的螺旋间隙进行清理。在此，所述方法通过前面说明的装置来实施，其中得到了前面说明的优点。

视方法而定，完成的钻孔能够优选通过螺旋钻杆的芯管(Seelenrohr)用可硬化的物质、尤其是混凝土悬浮泥浆灌注，以便形成钻孔桩或桩基。

附图说明

下面根据在附图中示意性示出的优选的实施例对本发明进行进一步说明。其中：

图1示出根据本发明的装置的立体视图；

图2示出图1的装置的正视图；

图3示出从上方朝向图1和2的装置的俯视图；以及

图4示出按照图1至3的装置的立体的部分视图，其中导向管已被移除。

具体实施方式

如从图1至3可得出的那样，根据本发明的用于清理未被示出的螺旋钻杆的螺旋间隙的装置10具有支架12，所述支架具有滑块状的基体14。在所述基体14的后侧处布置滑座，以便形成滑动引导部16，借助该滑座将所述支架12沿着位于钻机的桅杆、尤其引导装置

处的线性引导部可移动地引导，并且能够将其固定。所述滑动引导部16能够对应于在所述钻机的桅杆处的钻孔驱动装置上的引导部。

所述支架12在其前侧处具有在运行中通常水平地布置的、通过两个枢转臂52构成的环形接纳部50。所述枢转臂52相应地通过枢转接头56以能够在闭合的运行位置和打开位置之间摆动的方式支承在基体14和支架12处，其中，在图中示出了所述闭合的运行位置；在所述打开位置中，枢转臂52相应地围绕所述枢转接头56侧向地向外摆动。在所述运行位置中，枢转臂52通过连接装置54可拆卸地连接。在示出的实施例中，所述连接装置54具有竖直地指向的闭锁销。

在所述环形接纳部50的闭合的运行位置中，导向管20被接纳在该环形接纳部中并且以能够围绕竖直地指向的钻孔轴线5转动的方式被支承。所述导向管20的内径与未被示出的螺旋钻杆的外径相匹配，使得所述螺旋钻杆以引导的且可转动的方式被接纳在导向管20中。所述导向管20其自身能够被分成两部分，这通过在该导向管20处沿轴向延伸的分界缝24来示意性地表明。

在打开所述环形接纳部50时，也可以借助具有吊钩的起重装置来保持和移除所述导向管20，其中在所述导向管20的上侧处布置用于所述起重装置的相对应的吊钩的保持吊环26。

所述导向管20穿过环形接纳部50伸出，其中，带有清理支架37的清理元件30以可拆卸且可调节的方式固定在该导向管20的下端部处。在所述清理支架37处设置板式基体34，该板式基体具有接纳缝隙38。所述接纳缝隙38构造用于侧向地接纳所述螺旋钻杆的钻孔螺旋部。为了与所述螺旋钻杆的几何构造相匹配，在板式基体34处设置带有上调节板和下调节板36的清理板32。所述上调节板和下调节板36通过螺栓连接部和在调节板36中的相对应的长孔来可调节地固定，以便调节所述接纳缝隙的几何构造和宽度。所述清理支架37能够具有枢转接头，所述清理元件30能够围绕该枢转接头从所述螺旋钻杆中的清理位置出来摆动到释放位置中。

此外，所述清理元件30具有径向指向的导向滚子40，该导向滚子如此布置和构造，使得它抵靠在钻孔螺旋部的下侧或上侧处。在此，所述导向滚子40能够在钻孔螺旋部处滚动，使得在所述螺旋钻杆竖直向上地进行轴向的拔出运动时，由于钻孔螺旋部的升高而将沿周向方向的力施加到清理元件30上，并且因此施加到固定地连接的导向管20上。

在此，根据本发明，所述导向管20围绕着通常竖直地指向的钻孔轴线5可转动地支承。为此，所述导向管20在其外侧处具有两个环状板片(Ringsteg)22，其中，在图1和3中相应地只能够看到上部的环状板片22。所述导向管22借助上部的环状板片22放置在位于环形接纳部50的内侧处的沿径向指向的轴承滚子60上，其中所述轴承滚子60在图4中示出。在示出的实施例中，分别将两个轴承滚子60以径向指向的滚动轴相应地布置在两个枢转臂52中的一个枢转臂处。因此，下部的环状板片在导向管20处沿轴向向下与上部的环状板片22隔开大约对应于轴承滚子60的直径的距离，使得所述导向管20以可转动、但沿轴向固定的方式接纳在环形接纳部50中。

基于所说明的几何构造能够在具有一定的螺杆螺距的螺旋钻杆被沿轴向拔出时，利用所述导向滚子40将力施加到清理元件30上，使得可自由转动地支承的、带有安装的清理元件30的导向管20处于围绕所述钻孔轴线5的环绕运动中。在此，嵌入到所述螺旋钻杆的钻孔螺旋间隙中的清理板32扫过这个区域并且因此能够将残留在螺杆螺旋部上的土壤材料刮除。

所述清理板在径向和轴向的尺寸方面与螺旋间隙相匹配，为了将土壤材料通过所述清理板32更容易地抛出，在所述导向管20的下部区域中设置凹口28以便将土壤材料抛出。

Claims (11)

1.用于清理螺旋钻杆的螺旋间隙的装置，其具有：

-支架(12)，其用于将所述装置(10)保持在钻机的桅杆处；

-导向管(20)，所述导向管区段式地包围具有钻孔螺旋部的螺旋钻杆并且支承在所述支架(12)处；以及

-清理元件(30)，所述清理元件嵌入到螺旋间隙中并且以能够围绕钻孔轴线(5)自由转动的方式支承在所述支架(12)处，

其中，

-所述导向管(20)以能够围绕所述钻孔轴线(5)自由转动的方式支承在所述支架(12)处；

-所述清理元件(30)固定地安装在可转动地支承的导向管(20)处；

-为了进行清理，将所述导向管(20)沿着所述钻孔轴线(5)的方向轴向固定；并且

-通过所述螺旋钻杆的拔出过程能够使所述清理元件(30)与导向管(20)一起处于围绕所述钻孔轴线(5)的转动中，以便清理所述螺旋钻杆，

其特征在于，

所述清理元件(30)具有清理板(32)，该清理板具有接纳缝隙(38)，所述钻孔螺旋部嵌入到该接纳缝隙中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述清理板(32)借助所述接纳缝隙(38)从所述钻孔螺旋部的自由边缘包围该钻孔螺旋部的上侧和下侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述清理板(32)包括板式基体(34)，至少一个调节板(36)可调节地支承在所述板式基体处，以便形成所述接纳缝隙(38)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个导向滚子(40)可转动地支承在所述清理元件(30)处，以便抵靠到所述螺旋钻杆的钻孔螺旋部处。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述支架(12)具有环形接纳部(50)，所述导向管(20)可转动地支承并且接纳在所述环形接纳部处。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述环形接纳部(50)处布置多个轴承滚子(60)，借助所述轴承滚子(60)将所述导向管(20)以能够围绕所述钻孔轴线(5)转动并且相对于钻孔轴线(5)轴向固定的方式支承在所述支架(12)处。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述环形接纳部(50)构造有两个枢转臂(52)，所述枢转臂以能够在闭合的运行位置和打开位置之间摆动的方式支承，其中，在所述闭合的运行位置中，所述枢转臂(52)为了形成所述环形接纳部(50)而摆动到一起并且通过可拆卸的连接装置(54)彼此连接；在所述打开位置中，所述枢转臂(52)彼此分离地朝侧向摆动。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述导向管(20)是可分开的，以便打开。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述支架(12)具有用于沿着钻机的桅杆进行可移动的引导的滑动引导部(16)和用于将所述支架(12)固定在所述桅杆处的固定装置。

10.钻机，其具有下部托架、在其上支承的上部托架以及桅杆，钻孔驱动装置与被驱动的螺旋钻杆一起沿着所述桅杆可移动地支承，其特征在于，布置根据权利要求1至9中任一项所述的装置(10)。

11.一种用于借助根据权利要求10所述的钻机在地面中完成钻孔的方法，其中，将螺旋钻杆旋入到地面中以便形成钻孔，并且随后再将其拔出，其特征在于，在拔出所述螺旋钻杆时，借助根据权利要求1至9中任一项所述的装置(10)针对残留的土壤材料对所述螺旋钻杆的螺旋间隙进行清理。

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