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Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für einen Bohr- bzw. Injektionsanker gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige Bohrkronen und zugehörige Bohr- bzw. Injektionsanker sind bereits in verschiedenen Ausgestaltungen bekanntgeworden. Es wird bspw. verwiesen auf die
DE-A1 34 00 182 und die
EP-A2 371 463 . Weiter insbesondere auch auf das Prospekt ”Neue Wege in der Ankertechnik” der Firma Friedr. Ischebeck GmbH, Ennepetal.
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Wenn auch die bislang bekannten Bohrkronen eine gute oder zufriedenstellende Spülbohrung und Injektionsbohrung ermöglichten, auch bei den hier interessierenden Böden, also weichen jedoch bindigen Böden mit hohem Porenwasserdruck, wie Lehmboden, Tonboden, Kreideboden oder Kleiboden, besteht doch ein Bedürfnis, gerade hinsichtlich solcher Böden eine Verbesserung einer Bohrkrone zu erreichen. Die Verbesserung soll insbesondere ein schnelleres Bohren bei Erzeugung eines ausreichend großen Bohrloches, insbesondere auch im Hinblick auf das oftmals nachfolgende Verpressen mit Zementstein, erreichen lassen.
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Im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik beschäftigt sich die Erfindung mit der technischen Problematik eine Bohrkrone dahingehend zu verbessern, dass sie auch bei weichen jedoch bindigen Böden einen guten Bohrfortschritt und ein vorteilhaftes Verpressen etwa mit einer Zement-/Mörtelmischung ermöglicht.
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Eine gattungsgemäße Bohrkrone ist im Stand der Technik aus
DE 38 28 335 C1 der gleichen Anmelderin bekannt. Damit dieser bekannte Bohr-Injektionsanker während des Bohrvorganges die Bohrungswand nicht aufweicht und sowohl in festen, als auch in sandigen, bindigen Böden oder in Lockergestein einsetzbar ist, schlägt diese Druckschrift vor, dass die Bohrkrone einen mit Abstand zu dem Ankerschaft des Bohrinjektionsankers angeordneten zylindrischen Hohlkörper aufweist zur Ausbildung eines durchströmbaren Ringraumes zwischen der Mantelwand des Ankerschaftes und der Innenwand des Hohlkörpers. Entsprechend besitzt die bekannte Bohrkrone mehrere an dem Schneidenträger zentral stirnseitig mündende Spülöffnungen. Axial vor dem Schutzrohr (also spitzenseitig) ist eine radial angeordnete Spülöffnung vorgesehen.
DE 10 27 608 B befasst sich mit Gesteinsbohrern und schlägt eine Bohrkrone mit einem in einem spitzen Winkel nach hinten zur Bohrlochmündung gerichteten Spülkanal vor.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 vorteilhaft weiterzubilden.
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Diese Aufgabe ist beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Wesentlich ist, dass der Austrittsstrahl, sei es nun der Strahl der Sprühflüssigkeit oder auch ein solcher der nachfolgend etwa eingesetzten Zement-/Mörtelmischung, zumindest teilweise auch eine rückwärts gerichtete Komponente aufweist. In der Regel und vorzugsweise ist dies durch eine entsprechende Ausrichtung des der Austrittsöffnung bzw. des in Strömungsrichtung vorgelagerten Abschnittes des Spülkanals erreicht. Es ist aber auch denkbar, dass eine entsprechende Aufprägung eines Drills oder einer Verwirbelung allein oder zusätzlich für diesen gewünschten Effekt sorgt. Überraschend hat sich herausgestellt, dass trotz dieser rückwärtig gerichteten Komponente, jedenfalls bei den hier vorrangig betrachteten Böden, im Zuge des Bohrens kein Austritt einer Zement-/Mörtelsuspension aus dem Bohrloch auftritt. Dadurch, dass eine entsprechende Lenkung des Austrittsstrahles erreicht ist bzw. eine entsprechende Ausrichtung des Spülkanals vorgenommen ist, zeigt diese Austrittsöffnung auch keine Verstopfungsneigung bei den hier betrachteten sehr bindigen aber auch weichen Böden. In weiterer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Bohrkronenstirnfläche der Bohrkrone geschlossen ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung oder, wie nachstehend noch im einzelnen ausgeführt, gegebenenfalls mehrere Austrittsöffnungen sind allesamt unterhalb der Bohrkronenstirnfläche ausgebildet. Als Bohrkronenstirnfläche ist hier insbesondere diejenige Fläche angesprochen, welche in einer axialen Projektion der Grundfläche des eigentlichen Zylinderkörpers, aus welchem eine Bohrkrone bevorzugt im wesentlichen besteht, entspricht. Weiter ist auch bevorzugt, dass zwei Austrittsöffnungen ausgebildet sind und dass beide Austrittsöffnungen der vorstehend geforderten Charakterisierung hinsichtlich der Richtung eines Austrittsstrahles entsprechen. Die Ausbildung einer oder sämtlicher Austrittsöffnungen ist in weiterer Einzelheit bevorzugt derart vorgesehen, dass der Sprühstrahl oder eine Komponente desselben mit der Bohrkronenachse einen spitzen Winkel von ca. 30° einschließt. Soweit zwei Austrittsöffnungen vorgesehen sind, sind diese bevorzugt gegenüberliegend, d. h. umfangsmäßig um einen Winkel von 180° beabstandet angeordnet. Die Bohrkrone weist mindestens zwei, den zylindrischen Grundkörper der Bohrkrone radial überragenden Bohrkronenflügel auf. Die radiale Überragung ist hier im Hinblick auf den vorstehend bereits angesprochenen bspw. zylindrischen Grundkörper der Bohrkrone gefordert. Diese zwei Bohrkronenflügel weisen bei umfangsmäßiger Beabstandung eine unterschiedliche radiale Erstreckung auf. Geeigneterweise liegt ein Mündungsquerschnitt des Spülkanals bzw. einer Austrittsöffnung radial außerhalb einer durch den mit kleinerer radialer Erstreckung ausgebildeten Bohrflügel-Hüllfläche. Aber auch der mit kleinerer radialer Erstreckung ausgebildete Bohrflügel ist bevorzugt mit einer solchen radialen Erstreckung ausgebildet, dass er die oben abgesprochene Projektionsfläche radial übertrifft. In weiterer Einzelheit ist auch vorgesehen, dass zwei Paare von Bohrkronenflügeln jeweils gleicher radialer Erstreckung ausgebildet sind. Hierbei können die zu einem Paar gehörenden Bohrkronenflügel sich jeweils gegenüberliegend angeordnet sein. Hinsichtlich der axialen Erstreckung der Bohrkronenflügel ist vorgesehen, mindestens einen Bohrkronenflügel mit einer größeren axialen Erstreckung auszubilden als den anderen Bohrkronenflügel. Die größere axiale Erstreckung bedeutet hierbei insbesondere eine axiale Übertragung in Spitzenrichtung der oben genannten Stirnfläche des Bohrkronengrundkörpers. Der Bohrkronenflügel mit größerer axialer Erstreckung bildet zugleich dann auch die Bohrkronenspitze. In weiterer Einzelheit ist vorgesehen, den oder die Bohrkronenflügel mit der geringeren radialen Erstreckung zugleich mit der größeren axialen Erstreckung, in Spitzenrichtung gesehen, auszubilden. In weiterer Einzelheit ist hierbei auch bevorzugt, dass der Bohrkronenflügel mit der größeren axialen Erstreckung in Spitzenrichtung eine zu der Bohrkronenachse radial beabstandete Flügelspitze aufweist, welche dann zugleich auch den axial vordersten Bereich der Bohrkrone bildet. Soweit die oben angesprochenen gegenüberliegenden Bohrkronenflügel ausgebildet sind, bilden jeweils zwei Bohrkronenflügel eine solche zu der Bohrkronenachse radial beabstandete Flügelspitze aus, eben bevorzugt diejenigen Bohrkronenflügel, welche die geringere radiale Erstreckung besitzen. Diese Spitzen besitzen in axialer Richtung etwa das gleiche Maß. Die genannten Spitzen, die jeweils den angesprochenen radialen Abstand zu der Bohrkronenachse aufweisen, und zwischen sich entsprechend eine Aussparung belassen, bewirken beim Bohren, insbesondere im Zusammenhang mit den angesprochenen besonderen Böden, eine Innen- und Außenzentrierung.
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Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der beigefügten Zeichnung, welche jedoch lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht der Bohrkrone, ohne eingesetzte Strahldüsen;
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2 die Bohrkrone gemäß 1 in einer Seitenansicht entsprechend Pfeil II in 1;
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3 einen teilweisen Querschnitt durch die Bohrkrone gemäß 1, geschnitten entlang der Linie III-III;
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4 eine Seitenansicht der Bohrkrone gem. den 1 bis 3, um 90° versetzt bezüglich der Darstellung gemäß 2 mit eingesetzten Strahldüsen;
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5 eine Draufsicht auf die Bohrkrone gemäß den 1 bis 3.
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Dargestellt und beschrieben ist eine Bohrkrone 1 für einen Bohr- bzw. Injektionsanker, für weiche, bindige Böden.
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Die Bohrkrone 1 ist im wesentlichen als zylindrischer Körper bezüglich einer Bohrkronenachse 2 ausgebildet. An einen zylindrischen Grundkörper 3 schließt sich oberseitig eine kegelartige Spitze 4 an. Im weiteren sind außenseitig auf den zylindrischen Grundkörper 3 bzw. die Kegelspitze 4 radial ausgerichtete Bohrkronenflügel 5, 5' und 6, 6' aufgesetzt.
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Die Bohrkrone 1 weist weiter einen Spülkanal 7 auf, welcher sich in der Praxis in Zusammenwirkung mit einem Ankerstab ergibt, auf welchen die Bohrkrone 1 vermittels ihres Innengewindes 8 aufgeschraubt ist. Insoweit wird hinsichtlich weiterer Einzelheiten auf die eingangs genannte Literatur verwiesen.
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Das Innengewinde
8 läuft spitzenseitig der Bohrkrone in dem Bereich
9 aus bis etwa auf ein Maß, welches dem Gewindegrund entspricht. Durch die auslaufseitig stehengelassene Wandung
10 ist ein Anschlag für ein einzuschraubendes Injektionsankerstück belassen. Vor dem Anschlag kann ein O-Ring
11 angeordnet sein. Hinsichtlich der hiermit erreichten Dichtwirkung wird bspw. auch auf die
DE-A1 42 20 636 verwiesen.
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Jenseits des Anschlages 10, in Spitzenrichtung der Bohrkrone 1, schließt sich ein etwa auf einen halben Durchmesser des vorangegangenen Abschnittes der Bohrkrone verjüngter Verteilungskanal 12 an, welcher in zwei etwa diametral gegenüberliegend ausgebildete Austrittskanäle 13, 13' übergeht. Die Austrittskanäle 13, 13' schließen mit der Bohrkronenachse 2 einen spitzen Winkel Alpha von ca. 30° ein. Dies entspricht beim Ausführungsbeispiel im übrigen auch etwa dem Kegelwinkel der Kegelspitze 4. Beim Ausführungsbeispiel trifft der genannte Winkel auch auf die Austrittsöffnungen 14, 14' selbst zu.
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Wie aus 4 bspw. zu entnehmen ist, können in die Austrittskanäle 13, 13' bzw. die Austrittsöffnungen 14, 14' Strahldüsen 15, 15' eingesetzt sein. Diese besitzen einen vergleichsweise sehr kleinen freien Durchmesser von etwa 1,5 bis 5, vorzugsweise etwa 2 bis 3 mm. Dies im Hinblick darauf, daß bezüglich der einleitend angesprochenen Böden, für welche die Bohrkrone 1 besonders geeignet ist, praktisch mit reinem Wasser während des Bohrens gespült wird.
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Während die Bohrkronenflügel 6, 6' einen (maximalen) radialen Abstand a bezüglich der Bohrkronenachse 2 aufweisen, besitzen die Bohrkronenflügel 5, 5' demgegenüber einen radialen Abstand b, welcher deutlich größer ist als der Abstand a. Der Abstand b kann etwa 10 bis 40, vorzugsweise etwa 20% größer sein als der Abstand a. Die Bohrkronenflügel 6, 6' gehen unterseitig in äußere Wölbungen 16, 17 der Austrittskanäle 13, 13' über.
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Die Bohrkronenflügel 5, 5' sind nach Art eines unregelmäßigen Trapezes ausgebildet. Eine Trapezschmalkante 18 verläuft etwa parallel zur Bohrkronenachse 2, d. h. beim Bohren etwa in Bohrrichtung. Eine vorderseitige Spitzenkante 19 der Bohrkronenflügel 5, 5' ist nach außen abfallend ausgebildet und schließt in Spitzenrichtung mit der Bohrkronenachse 2 einen stumpfen Winkel Beta ein. Beim Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel Beta etwa 110°.
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An die Trapezschmalkante 18 schließt sich in Bodenrichtung der Bohrkrone 1 eine Bodenkante 20 an. Die Bodenkante 20 schließt zur Spitze der Bohrkrone 1 hin drehend mit der Bohrkronenachse 2 einen spitzen Winkel Gamma ein. Der Winkel Gamma beträgt beim Ausführungsbeispiel etwa 30°. Bezogen auf einen Außendurchmesser D des Zylinderkörpers 3 beträgt ein größter Durchmesser im Bereich der Bohrkronenflügel 5, 5' (Radius a bzw. b) etwa das 0,8 bis 1,2fache beim Ausführungsbeispiel bevorzugt etwa das 0,9fache.
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Die Spitzkanten 19 der Bohrkronenflügel 5, 5' laufen zentral, im Bereich der Bohrkronenachse 2 etwas oberhalb der durch den Kegelkörper 4 gebildeten (ideellen) Spitze 21 aus bzw. treffen dort zusammen.
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Die Überhöhung u beträgt etwa ein Drittel bezogen auf die Höhe k des Kegelabschnittes 4.
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Die weiteren Bohrkronenflügel 6, 6', die in gleicher Weise etwa diametral gegenüberliegend ausgebildet sind, besitzen nicht nur die bereits angesprochene geringere radiale Erstreckung a, sondern auch eine geringere axiale Erstreckung E bezogen auf eine axiale Erstreckung E' der Bohrkronenflügel 5, 5'. Sowohl die Bohrkronenflügel 6, 6' wie aber auch die Bohrkronenflügel 5, 5' reichen radial über eine Projektionsfläche p des Grundkörpers der Bohrkrone hinaus (vgl. auch 5).
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Die Bohrkronenflügel 6, 6' überragen spitzenseitig der Bohrkrone 1 die Bohrkronenflügel 5, 5'. Darüber hinaus bilden die Bohrkronenflügel 6, 6' Flügelspitzen 22, 22' aus. Bezogen auf einen Bohrkronenflügel 6, 6' kann man die Flügelspitzen 22, 22' auch als die Spitze einer Dreiecksfläche D ansehen, gebildet aus jeweils zwei auf die Spitze 22 bzw. 22' zulaufenden Flügelkanten 23, 23' und einer gedachten Basislinie 24, welche den Übergang der Flügelkante 23' in eine im wesentlichen parallel zu der Bohrkronenachse 2 verlaufende Randkante 25 mit dem zentralen Endpunkt der Flügelkante 23 verbindet.
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Der radiale Abstand c einer Flügelspitze 22, 22' von der Bohrkronenachse 2 entspricht etwa einem Viertel bis einem Halb des Maßes D, beim Ausführungsbeispiel etwa 0,5 des Maßes D.
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Wie insbesondere auch 3 zu entnehmen ist, fällt ein Endpunkt einer Randkante 23 etwa mit dem Zusammentreffen der Spitzkanten 19 im Bereich der Bohrkronenachse 2 zusammen.
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Das weiter oben angesprochene Dreieck der Grundfläche D ist annähernd, jedoch nicht vollständig gleichschenklig ausgebildet. Die Länge der Randkante 23 ist kürzer als die Länge der Randkante 23'. Das Kürzungsmaß entspricht etwa 15 bis 25, beim Ausführungsbeispiel etwa 20%.
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Bodenseitig ist anschließend an die Randkante 25 auch bei dem Bohrkronenflügel 6, 6' eine Bodenkante 26, 26' ausgebildet. Die Bodenkante 26 bzw. 26' schließt drehend in Spitzenrichtung mit der Bohrkronenachse 2 einen spitzen Winkel Delta von ca. 30° beim Ausführungsbeispiel ein. Die Bodenkanten 26, 26' schneiden eine Längsachse der Austrittskanäle 13, 13' etwa senkrecht.
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Die Randkante 25 erstreckt sich etwa über eine (vertikale) Länge, welche etwa dem Maß D entspricht. Dagegen erstreckt sich die Randkante 18 über eine geringere (vertikale) Länge.
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Weiter münden die Austrittsöffnungen 14, 14' im Bereich der Randkante 26 der Bohrkronenflügel 6, 6'. Hinsichtlich der Dicke d eines Bohrkronenflügels 6, 6' (welche etwa gleich ist einer mittleren Dicke eines Bohrkronenflügels 7, 7', wobei diese aber von radial innen nach radial außen abnimmt) besitzt ein Außendurchmesser d' im Mündungsbereich etwa das dreifache Maß.
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Der angesprochene Winkel Delta entspricht beim Ausführungsbeispiel dem oben angegebenen Winkel Alpha.
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Wie insbesondere auch 4 zu entnehmen ist, in welcher in strichlinierter Form bezogen auf die Bohrkronenflügel 6, 6' auch die Außenlinie der Bohrkronenflügel 5, 5' eingezeichnet ist, liegt eine Mündungsöffnung der Strahldüsen 15, 15' jedoch innerhalb einer durch diese Bohrkronenflügel 5, 5' gebildeten Hüllfläche. Im einzelnen ist die Ausgestaltung so getroffen, daß die Mittelachsen der Austrittskanäle 13, 13' etwa den Schnittpunkt zwischen den Randkanten 18 und 20 treffen.
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In weiterer Einzelheit ist von Bedeutung, daß die Kanten 23, 23', 19, 18 und, wenn auch um einen geringeren Winkel, die Randkanten 18, 25 einen spitzen Schrägungswinkel Epsilon aufweisen (vgl. 5).
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Mit derartigen Bohrkronen läßt sich, in Kombination mit den bekannten Bohrinjektionsankern insbesondere verfahrensmäßig vorgehen, wie in der
EP-B1 156 673 beschrieben. Bei einem sogenannten Mono-Jet-Grouting wird bei einem Wasser:Zementverhältnis von 0,8 bis 1 mit etwa 80 l/min gebohrt. Der Pumpendruck für die Spülflüssigkeit wird hierbei auf < 200 bar eingestellt. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß die insbesondere bei nachfolgendem Verpressen eingebrachte Zementsuspension zur Ausbildung eines Verpreßkörpers aus Zementstein, dessen Durchmesser etwa dem 5fachen des Bohrkronendurchmessers entsprechen kann, nicht aus dem Bohrloch austritt. Dies jedenfalls, wenn bei steifen bis breiigen Lehmböden, Kleiböden oder dgl., evtl. mit gelegentlichen Steineinlagerungen, gebohrt wird. Dadurch, daß die Bohrkronenflügel ihren größten Durchmesser im Bereich des Austritts des Spülungsmittels bzw. der Zementsuspension aufweisen, und danach gleichmäßig bis auf den Durchmesser des Zylinderkörpers der Bohrkrone
1 zurückgehen, wird der eingespülte Zementleim (die Zementsuspension) nicht mehr bewegt und bildet einen Verschlußpropfen, der den Austritt am Bohrlochmund verhindert.
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Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.