DE1483749C - Vorrichtung zur Herstellung verrohrter Bohrlöcher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung verrohrter Bohrlöcher aus mindestens einem Rohrstrang und mindestens einem Bohrmeißel sowie einem im Innern des Rohrstran^s bewegten, im wesentlichen zylindrischen Rammbären, der auf eine im unteren Teil des Rohrstrangs gleitende Verlängerung des Bohrmeißels einwirkt.

Durch die Erfindung soll eine bestmögliche Verteilung der Beanspruchungen auf die unabhängigen Teile der Bohrorgane einer Tiefbohrvorrichtung erzielt werden, indem sie nach Bedarf auf einen geeigneten Teil der genannten Organe konzentriert werden, wobei die Anwendung der Eindringkraft automatisch gemäß den Merkmalen des Widerstandes erfolgt, der sich dem Eindringen entgegensetzt, oder gemäß den Einwirkungen, die von außen auf die Bohrorgane in einer vorher bestimmten Reihenfolge zur Einwirkung gebracht werden.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen ist entweder neben Bohrmeißel, Rohrstrang und Rammbär ein weiteres Element vorhanden, das die Schläge des Rammbären aufnimmt und sie gleichzeitig auf den Bohrmeißel und den Rohrstrang überträgt (österreichische Patentschrift 54 095), oder dieses weitere Element ist mit dem Bohrmeißel vereinigt, der seinerseits das Rohr mitnimmt (deutsche Patentschrift 235 598). Der Rohrstrang und der Bohrmeißel dringen <'iher gleichzeitig in den Boden ein.

Das Eintreiben des Rohrstrangs erfolgt in der Regel entweder durch Rammsuftläge auf das obere Ende des Bohrstrangs oder durch einen in der Rohrfahrt geführten Rammbär, der auf das untere Ende des Bohrstrangs einwirkt. Während im ersten Fall die Energie der Rammschläge bei großen Tiefen durch die Reibung schnell verbraucht wird, bleiben im zweiten Falle die oberen Rohre unter Umständen hängen, wenn sich das untere Ende weiter in die Tiefe bewegt. Aus der zitierten deutschen Patentschrift ist es daher auch schon bekannt, nicht nur auf das untere Ende des Rohrstrangs, sondern gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander auf die Stirnfläche des unteren Rohrabschnitts Rammimpulse auszuüben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bohrleistung einer Schlagbohrvorrichtung zu erhöhen, ohne gleichzeitig das Gewicht oder den Hub des verwendeten Rammbären zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart gelöst, daß erfindungsgemäß der Rammbär über das obere Ende des RohrMrangs hinausragt und in einem dort angeordneten Kopf endet, dessen Durchmesser größer ist als der des äußeren Rohrstrangs, und daß die Länge von Rammbär und Verlängerung des Bohrmeißels größer ist als die des Rohrstrangs. .

In Wirklichkeit werden die beiden von dem Rammbären in den Boden gerammten Bohrelemente, einerseits der Rohrstrang, andererseits der Bohrmeißel und dessen Verlängerung, unterschiedlich in den Bnden eindringen. Dies liegt daran, daß die sich den beiden Elementen entgegenstellenden Kräfte, im Falle des Rohrstrangs im wesentlichen Reibungskräfte, im Falle des Meißels die Festigkeit der sich dem Eindringen widersetzenden Oberfläche, ungleich groß sind.

Das führt dazu, daß abwechselnd das eine oder das andere Element voraus ist und die Masse entsprechend abwechselnd auf das eine oder das andere Element einwirkt, wobei der Wechsel jeweils nach einem oder nach mehreren Schlügen erfolgen kann. Die Möglichkeit hierzu ergibt sich aus der Tatsache, daß die beiden Bohrelemente in ihrer axialen Bewegungsrichtung voneinander unabhängig sind, darüber hinaus auf Grund der Tatsache, daß der Gleitweg des Meißels in bezug auf den Rohrstrang so groß sein kann, daß beim Schlagen auf das jeweils

ίο weiter zurückliegende Bohrelement dieses das andere

nicht nur einholen, sondern weit überholen kann, so daß der nächste Schlag auf das andere Element auftrifft.

Hierdurch wird erreicht, daß die gesamte kinetische Energie des Rammbären konzentriert nur zum Einschlagen eines der beiden Bohrelemente verwendet wird, wobei das bearbeitete Bohrelement, abwechselnd der Bohrmeißel und der Rohrstrang, erhöht, daß jeweils der auf das gerade nicht voran-

ao getriebene Bohrelement ausgeübte Widerstand nicht in Erscheinung tritt, weder die auf Grund seiner Masse vorhandenen Trägheitskräfte noch die seinem Eindringen entgegengesetzten Festigkeitskräfte noch seitliche Reibungskräfte.

Hieraus ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu bisher bekannten Vorrichtungen gleicher Schlagbärmasse und gleicher Masse der Bohrelemente und vergleichbaren Schlaghubes eine bessere Bohrleistung erzielt wird.

Es ist üblich, das Eindringvermögen einer solchen Bohrvorrichtung in Form der Grenze anzugeben, von der an ein Eindringen bei einer gegebenen Fallhöhe nicht mehr möglich ist. Diese Grenze entspricht einer bestimmten Tiefe in einem bestimmten Erdreich. Mit wachsender Tiefe wächst nämlich die seitliche Reibung und gleichzeitig im allgemeinen die Härte der Bodenschichttn. DK. Erfindung ermöglicht es also, die Bohrtiefe in einem bestimmten Boden zu vergrößern oder in einen härteren Boden zu bohren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Anschlag in Form eines Keils in einer Nut im Rohrstrang oberhalb des Bohrmeißels gleitbar gelagert ist. Der Anschlag, der die aus dem Rohrstrang bestehende Hülle durchdringt und in der Nut gleitet, die praktisch in Verlängerung des Bohrmeißels angeordnet ist, wirkt als Begrenzung für den axialen Weg des Bohrmeißels gegenüber dem Rohrstrang; hierdurch wird erreicht, daß, wenn der Bohrmeißel in seiner höchsten Stellung ist, vorzugsweise gegen das untere Ende des Rohrstrangs schlägt, der Kopf des Rammbären in einem erheblichen Abstand über dem oberen Ende des Rohrstrangs verbleibt, während das untere Ende des Rammbären in Berührung mit dem oberen Ende der Verlängerung des Rohrmeißels steht, und daß, wenn sich der Bohrmeißel in der untersten Stellung befindet, das untere Ende des Rammbären in einem erheblichen Abstand über dem oberen Ende der Verlängerung des Bohrmeißels verbleibt, wobei der

Kopf in Berührung mit dem oberen Ende des Röhr· Strangs steht.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Verlängerung' des Bohr* meißeis aus zwei konzentrischen Teilen besteht:

einem äußeren rohrförmigen Teil und Einern inneren, insbesondere ebenfalls rohrförmigen Teil. Das rohrförmige äußere Teil gleitet dabei im Innern des Rohrstrangs frei von axialer Beanspruchung, wäh-

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rein! das innerhalb des äußeren Teils angeordnete eine Ablesung an einem der Luden dieses Keiis

innere Teil die Übertragung axialer Kräfte zwischen durchgeführt, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Dieser

dem oberen Ende der Verlängerung des Bohrmeißels Keil 13 gestattet die Verbindung zwischen dem

und dem Bohrmeißel bewirkt, ohne das Gleiten Rohr 1 und dem Rohr 2.

sicherstellen zu müssen. 5 Der Keil 13 wird von außen her in die ülfnung Π

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs- und in die Nut 12 eingeführt, indem ihm eine form ist vorgesehen, daß der Bohrmeißel aus zwei Drehung vermittelt wird, bis die parallelen Runder konzentrischen Teilen besteht, von denen das äußere des Keils 13 mit den senkrechten Rändern der Uli-Teil fest mit dem äußeren Teil der Verlängerung nungll zusammenfallen. Dieser Keil 13 ist in der verbunden ist und das innere Teil in Form eines io Öffnung 11 durch das Einführen eines Halteteils 14 Schaftes, welches eine größere Länge aufweist als das blockiert, das sich über den Keil 13 und gegen den äußere Teil des Dohrmeißels und in diesem gleitbar oberen Rand dieser Öffnung legt. Dieses Teil 14 wird gelagert ist, an seiner Unterseite in einem spitzen durch jedes beliebige geeignete Mittel festgelegt, oder kugelkalottenförmigen Teil und Pn der Ober- insbesondere durch Schweißpunkte zwischen seinen seite in einem als Amboß ausgebildeten Kopf endet. 15 Flügeln 14 α und dem Rohr 1.
Das spitze oder kugelkalottenförmige untere Ende Das Rohr 2 kann gegenüber dem Keil 13 bis zum des inneren Teils steht dabei in Berührung mit der oberen Teil 12 a der Nut 12 in Richtung abwärts lu bohrenden Substanz, während der am oberen gleiten und, bis das Rohr 1 den Rand IS des Bohr Ende vorgesehene Amboßkopf während des Gleitens meißeis 5 berührt, in ^vr Richtung nach aufwärts, auf dem oberen Teil des Bohrmeißels aufliegt. ao Die Nut des Keils ist für -ine solche Länge vorge-

Im folgenden werden zwei Auiführungsbeispiele sehen, daß ihr unterer Rand 12 b den Keil in dieser

der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; Stellung nicht berührt, aber trotzdem sehr nahe ist.

in dieser zeigt Fig. 3,4, 5 und 6 zeigen eine schematische An-

Fig. 1 eine diametrale Schnittansicht des Bohr- sieht der Vorwärtsbewegung des Bohrmeißels einer

kopfes und der konzentrischen Rohre, 25 mit dieser Vorrichtung versehenen Bohranlage.

F i g. 2 in auseinandergezogener perspektivischer In F i g. 4 ist das Niederbringen eines Loches mit

Ansicht Einzelheiten der Anordnung des Keils im der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Der

äußeren Rohr und inneren Rohr; Bohrmeißel S ist bis zu einer gewissen Tiefe unter

Fig. 3, 4, 5 und 6 zeigen schematische Schnitt- der Einwirkung eines Rammbären 16, der auf den

ansichten in der Ebene der F i g. 1 zur Veranschau- 30 Amboß 9 fällt, eingedrungen. Der Kopf 16 α dieses

lichung der verschiedenen Arbeitsphasen der erfin- Rammbären befindet sich in einem Abstand A vom

dungsgemäßen Vorrichtung; oberen Teil 17 des Rohres 1. Der Keil 13 nimmt in

F i g. 7 zeigt eine Schnittansicht mit Schnitt in der der Nut 12 eine Mittelstellung ein, die sich beispiels-

Ebene von F i g. 1 zur Veranschaulichung des Her- weise in Entfernungen B und C von den Enden

ausziehens der Vorrichtung aus einem gebohrten 35 dieser Nut befindet, wie in F i g. 3 dargestellt. Das

Loch, untere Ende 18 des Rohres 1 beendet sich in einer

F i g. 8 eine Schnittansicht einer abgewandelten Entfernung D vom Rand 15 des Bohrmeißels 5. Die

Ausführungsform des Bohrkopfes. Länge der Nut 12 des Rohires 2 ist demgemäß

In Fig. 1 ist das Ende eines Rohres 1 gezeigt, das B 4 C + H, wobei H die Höhe des Keils ist.

innen und konzentrisch dazu ein Rohr 2 und ein 40 Wenn die Bohrarbeit weitergeht, gelangt der Bohr-

Rohr 3 enthält. meißel in die Stellung gemäß F i g. 4, wenn der liopf

Das Rohr 2 weist an seinem unteren Ende eine des Rammbären 16 α in Berührung mit dem oberen

Lagerstelle 4 auf, in die das Ende eines Bohr- Teil 17 des Rohres 1 kommt. In diesem Zeitpunkt ist

meißeis 5 eingebracht ist. Dieser Bohrmeißel 5 ist in der Keil 13 in der Nähe des oberen Randes 12 a der

der Lagerstelle 4 durch jedes beliebige geeignete 45 Nut des Rohres 2 angekommen und beläßt ein

Mittel festgelegt, beispielsweise durch Heiß-Auf- Spiel E. Die Entfernung, die das untere Ende 18 des

schrumpfen. Das Ende des Bohrmeißels weist an Rohres 1 und den Rand IS des Bohrmeißels 5

seinem oberen Teil einen zylindrischen Teil 6 auf, auf trennt, beträgt nunmehr A + D.

dem ein Gewicht 7 aus einem Metall mit gutpr Bei Fortsetzung der Bohrarbeit können die

Elastizität ruht. Auf diesem Gewicht 7 ruht der 50 Schläge des Rammbären beispielsweise das Rohr 1 mit

untere Rand des Rohres 3. Am oberen Teil dieses Unterstützung von dessen Schwerkraft und entgegen

Rohres 3 ist ein Zentrierungsteil 8 montiert, das eine einer mehr oder minder großen Widerstandskraft

axiale Ausbohrung aufweist, in die ein Amboß 9 ein- entlang der Bohrlochwandungen so weit abgleiten

gebracht ist unter dem Dazwischenschalten einer lassen, bis das Rohr 1 in Berührung mit dem Bohr-

Hülse 10 aus einem Material, das Vibrationen gut 55 meißel 5 kommt, wie in F i g. 5 gezeigt ist, wobei der

absorbiert, wie etwa Natur-Kautschuk. Rammbärkopf 16 α sich nicht wesentlich bewegt hat

Im äußeren Rohr 1 ist eine öffnung 11 ange- und der Keil 13 in die Nähe des Endes 12 b der Nut

ordnet, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist. In dem Rohr 2 12 des Rohres 2 gekomvnen ist, ohne jedoch das

ist ebenfalls in Richtung der Erzeugenden eine Nut Ende dieser Nut zu erreichen, wobei dort ein vor-

12 angeordnet. Ein Keil 13 ist aus sinem Drehteil 60 gesehenes Spiel verbleibt, das im wesentlichen gleich

ausgeschnitten, der als Außendurchmesser den dem bereits vorstehend genannten Spiel ist.

Außendurchmesser des Rohres 1 und als Innen- Wenn der Widerstand der Bohrlochwand größer

durchmesser den Innendurchmesser des Rohres 2 ist, erhält, wie in Fi g. 6 gezeigt, das äußere Rohr 1

hat. Der Schnitt ist zur Achse hin gelegt, aber mit bei 17 einen Schlag gleichzeitig mit dem Amboß 9

parallelen Rändern. 65 des Rohres 3, der den Schlag auf den Bohrmeißel 5

über einen Teil der Höhe dieses Keils und zum Überträgt. Das Rohr 1 und der Bohrmeißel bewegen

größten Durchmesser zu wurde das der Stärke des sich gleichzeitig abwärts, wobei jedoch der Meißel S

Rohres 1 entsprechende Material zurückgezogen und gegenüber dem Rohr 1 vorläuft.

Wenn der Widerstand des Gesteins das Eindringen des Bohrmeißels S verzögert, kommt der Kopf 16 a des Rammbären 16 in Berührung mit dem Teil 1? des Rohres 1, was zu der in Fig.4 geschilderten Situation zurückführt. Es ist aber auch möglich, daß das Gelände weich genug ist, so daß das Rohr 1 unter dem Schlag des Kopfes 16 a auf den Teil 17 schnell abwärts dringt (vgl. dazu Fig. 5).

Hs ist so klar, daß das Rohr 2 als Hülse im Rohr 1 dient zu einem freien Gleiten des Rohres 3, das sich axial um eine geringe Strecke unter der Einwirkung der Schläge des Rammbären 16 bewegt.

Es kann keinerlei Klemmen infolge der relativen Verschiebung der drei Rohre erfolgen, da die Mittel, die das Halten des Bohrloches auf dem Durchmesser, das Führen des Bohrmeißels und das freie Spiel desjenigen Teils erlauben, welches die Stöße überträgt, klar voneinander getrennt sind und sich gegenseitig nicht stören. Wenm die Bohrung tief genug ist, kann die Gesamtheit der Vorrichtung, wenn der Boden das gestattet, herausgezogen werden, nämlich das äußere Rohr und der Bohrmeißel, indem ein Zug beispielsweise mit einem Klauengreifer auf den oberen Teil 17 des Rohres 1 ausgeübt wird, wie das in F i £ 7 gezeigt wird. Wenn der Boden weich oder schlammig ist. muß die Verrohrung beibehalten werden.

Bei einer anderen Ausführungsform des in F i g. 8 dargestellten Bolfirmeißels wurde versucht, die Schlagwirkung zu erhöhen, indem der Schlag auf einen Teil des Bohrmeißels zur Einwirkung gebracht wird. Zu diesem Zwecke weist der in der Lagerstelle 4 des Rohres 2 festgelegte Bohrmeißel eine nxiale Bohrung 19 auf. in der der Schaft 20 eines Ambosses 21 gleiten kann. Der Schaft dieses Ambosses trägt an seinem unteren Teil eine Kugelkalotte 22 aus einem Material, das eine gute Elastizität aufweist und auf dem Ende des Schaftes durch jedes beliebige geeignete Mittel befestigt ist, das eine gute Befestigung während der Arbeit sicherstellt.

Der Durchmesser dieser Kugelkalotte ist etwas größer als die Verbindung am Bohrmeißel 5, um das Eindringen des genannten Kopfes zu erleichtern. Wenn die Stange maximal aufwärts bewegt ist, befindet sich die Kugelkalotte 22 in der Nähe des Meißels S. und es verbleibt zwischen dem Amboß 21 und dem oberen Teil des Meißels 5 ein geringes Spiel.

In diesem Zeitpunkt macht sich der vom Rammbären 16 auf den Amboß übertragene Schlag auf dem Rohr 3 fühlbar und bringt den Amboß 21 zur Wirkung, der den Meißel 5 abwärts bewegt, wie das in F i g. 8 dargestellt ist. und dann mit ihm in Berührung kommt. Die gesamte Kraft des Schlages wird auf die Kugelkalotte 22 übertragen, was es gestattet, Felsmassen großer Widerstandsfähigkeit zu zertrümmern, da die Schläge direkt vom Amboß 21 auf das Oberteil des Meißels übertragen werden und die Gesamtheit des Meißels mit der Kugelkalotte weiter eindringt, bis ein größerer Widerstand erfolgt, der die Vorwärtsbewegung der Kugelkalotte 22 im Verhältnis zum Meißel 5 blockiert, bis unter der Wirkung der Schläge der Widerstand überwunden wird und der Aniiboß 21 wieder den oberen Teil des Meißels 5 erreicht usw.

Nach der Beschreibung des Bohrmeißels und der Arbeitsweise beim Eindringen wird klar, daß diese Vorrichtung bedeutende Vorteile für das Eindringen des Meißels bietet. In der Tat gleiten die verschiedenett Rohre, die ein geeignetes Spiel untereinander haben, aufeinander, und es ergibt sich automatisch eine Arbeitsteilung für die Ausnutzung der

Schlagkraft, die abwechselnd zum Vorwärtstreiben des Meißels (oder seiner Kugelkalotte bei dieser zuletzt beschriebenen AusfUhrungsforrh) und zum Vortreiben des Rohres 1 dient. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist auch

ίο noch einen bedeutsamen Vorteil bezüglich ihrer Herstellung auf, die einfach ist und keine komplizierten und kostspieligen mechanischen Organe erfordert. Die Zwischenfälle beim Bohren, die sich bei den Materialien ergeben, wie sie allgemein bis heute verwendet werden, führen häufig zum Verlust von Werkzeugen im Bohrloch, wenn sie nicht mehr wirtschaftlich herausgenommen werden können, was in bezug auf die Vorrichtung nach der Erfindung unerheblich ist, denn ihr Selbstkostenpreis ist niedrig.

ao und die Vorrichtung kann leicht auf der Bohranlage ersetzt werden, falls sich ein solcher Zwischenfall ergibt.

In der Zeichnung ist ein spitzbogenförmiger Bohrmeißel gezeigt. Der Meißel kann jedoch auch in jeder

a₅ änderet. Form ausgebildet sein, die dem zu durchteufenden Gestein angepaßt ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben eine zwei- oder dreistufige Übertragung vorgesehen und beschrieben, sie können aber mehr als drei auf weisen, indem eine Serie von Rohren ineinander eingefügt wird.

Der für das Eintreiben des Bohrmeißels verwendete Rammbär wurde für eine Führungssäule entwickelt, an der sich ein Kopf befindet, aber die Vorrichtung kann auch eine geteilte Verbindungssäule haben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung verrohrter Bohrlöcher aus mindestens einem Rohrstrang und mindestens einem Bohrmeißel sowie einem im Innern des Rohrstrangs bewegten, im wesentlichen zylindrischen Rammbären, der auf eine im unteren Teil des Rohrstrangs gleitende Verlänge-

rung des Bohrmeißels einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rammbär (t6) über das obere Ende des Rohrstrangs (1) hinausragt und in einem dort angeordneten Kopf (16 a) endet, dessen Durchmesser größer ist als der des äußeren Rohrstrangs (1), und daß die Länge von Rammbär (16) und Verlängerung (2, 3) des Bohrmeißels (5,21,22) größer ist als die des Rohrstrangs (1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag in Form eines Keils (13) in einer Nut (12) im Rohrstrang (1) oberhalb des Bohrmeißels (5) gleitbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung des Bohrmeißels (5) aus zwei konzentrischen Teiler besteht: einem äußeren rohrförmigen Teil (2) und einem inneren, insbesondere ebenfalls rohr förmigen Teil (3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Bohrmeißel (5) aus zwe konzentrischen Teilen besteht, von denen da: äußere Teil fest mit dem äußeren Teil (2) de Verlängerung verbunden ist und das innere Tei

in Form eines Schaftes (20), welches eine größere Länge aufweist als das äußere Teil des Bohrmeißels (5) und in diesem gleitbar gelagert ist, an seiner Unterseite in einem spitzen oder kugelkalottenförmigen Teil (22) und an der Oberseite ij> einem als Amboß (21) ausgebildeten Kopf endet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen