DE19721383C2 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, mit einer Bohr­ krone mit Spülbohrungen und mit einem Anschlußstück zum Anschließen der Bohrkrone an ein für die Zuführung eines Spülmediums eingerichteten Bohrgestänges.

Bei der Herstellung von horizontalen oder geneigten lan­ gen Kleinlochbohrungen für Anker, Gefrierrohre, Injekti­ onslanzen usw. mit einem Bohransatzpunkt unterhalb des Wasserspiegels ist der Eintrieb von feinen Bodenpartikeln beim Nachsetzen des Bohrgestänges in das Bohrsystem re­ gelmäßig unvermeidbar. Diese feinen Bodenpartikel führen häufig zum Verstopfen der Spülbohrungen in der Bohr­ krone, und zwar beim Wiederauffahren der Bohrung. Nicht selten muß aufgrund des Bodeneintriebs das komplette Bohrgestänge ausgebaut und gereinigt werden. Aus diesem Grunde hat man in der Praxis Bohrkronen mit Ventilen ein­ gesetzt, welche eine Kugel als Ventilschließkörper aufwei­ sen, der in einer Führung frei beweglich infolge Druckaus­ gleich schließen oder öffnen kann und dessen Schließvor­ gang durch Federbeaufschlagung unterstützt wird. Jedoch ist die Funktion solcher Ventile gegen den Eintrieb von Bo­ denpartikeln empfindlich, so daß die erforderliche Betriebs­ sicherheit fehlt und die oben erläuterten Nachteile eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerk­ zeug der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, bei dem jeglicher Eintrieb von Bodenpartikeln ausgeschlossen ist und welches selbst bei langen Kleinloch­ bohrungen funktionstüchtig bleibt.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsge­ mäßen Bohrwerkzeug dadurch, daß das Anschlußstück ein Gehäuseteil mit einem Innenzylinder aufweist, daß in dem Innenzylinder ein Steuerkolben geführt ist, daß der Steuer­ kolben von einer Schließfeder beaufschlagt und in Schließ­ stellung gegen die Spülbohrungen unter deren Abschluß ge­ drückt ist, daß der Steuerkolben eine Steuerschulter auf­ weist, die in Abhängigkeit von dem Spüldruck des Spülme­ diums derart auf die Federkraft der Schließfeder abgestimmt ist, daß der Steuerkolben bei Beaufschlagung der Steuer­ schulter mit dem Spülmedium in Offenstellung zurückge­ drückt wird und die Spülbohrungen der Bohrkrone freigibt.

- Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß nicht länger der Eintrieb von feinen Bodenpartikeln beim Nachsetzen des Bohrgestänges in das Bohrsystem zu be­ fürchten ist. Vielmehr werden die Spülbohrungen von dem Steuerkolben bzw. seiner endseitigen Ringfläche einwand­ frei verschlossen, so daß nicht länger Bodenpartikel über die Spülbohrungen in das Spülsystem eindringen können. Er­ folgt dagegen eine Spülung nach dem Ansetzen des Bohrge­ stänges oder nach dem Einbau einer Bohrgestängeverlänge­ rung mit vorzugsweise Wasser als Spülmedium, dann hebt der Steuerkolben von den Spülbohrungen ab und öffnet die Spülbohrungen. Tatsächlich wird im Zuge des Abhebens die gesamte Steuerkolbenringfläche von dem Spülmedium und folglich mit Spüldruck beaufschlagt, so daß der Steuerkol­ ben gegen die Wirkung der Schließfeder in Offenstellung überfährt wird. - Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Bohrgestänge ein das Anschlußstück umgebendes Schuhrohr aufweist und das Gehäuseteil von dem Innenzy­ linder zu dem zwischen dem Schuhrohr und dem Gehäuse­ teil gebildeten Ringraum führende Bypassbohrungen auf­ weist, und daß die Bypassbohrungen - wie die Spülbohrun­ gen - von dem Steuerkolben in Schließstellung abgeschlos­ sen und in Offenstellung geöffnet sind. Folglich werden auch die Bypassbohrungen von dem Steuerkolben in Schließstellung abgedeckt, so daß in das Spülsystem weder durch die Spülbohrungen der Bohrkrone noch durch die By­ passbohrungen Bodenpartikel im Ringraum zwischen dem Außengestänge und Innengestänge des Bohrgestänges mit Bodenpartikeln aufgeladener Spülung eintreten kann. Wird dagegen der Steuerkolben von dem Spülmedium in Offen­ stellung überführt, dann werden mit den Spülbohrungen gleichzeitig auch die Bypassbohrungen geöffnet. Dadurch kann mit einer relativ großen Spülrate gebohrt werden. Ins­ besondere besteht die Möglichkeit, das Spülmedium so zu verteilen, daß ein Teil des Spülmediums durch die Spülboh­ rungen der Bohrkrone zum Freispülen der Bohrkrone und zur Abförderung des Bohrgutes zugeführt wird und der rest­ liche Teil des Spülmedium über die Bypassbohrungen direkt in den Ringraum zwischen dem Innengestänge und Außen­ gestänge des Bohrgestänges zwecks Beschleunigung des Materialaustrages geführt wird.

Tatsächlich kann nach Lehre der Erfindung das Spülme­ dium bzw. die Spülmenge zum Bohren optimal der zu boh­ renden Geologie angepaßt werden und vermeidet durch eine intensive Spülung des Ringraumes zwischen dem Außenge­ stänge und Innengestänge des Bohrgestänges bei langem Bohren ein Versanden und Verklemmen des Bohrgestänges. Durch Reversierbarkeit der Bohranlage für den Antrieb des Innengestänges und des Außengestänges kann die Bohr­ krone durch eine steuerbare Voreilung so eingestellt werden, daß beim Bohren der Bodenaustrag und der Bohrfortschritt den Bodenverhältnissen optimal angepaßt werden. Deswei­ teren wird dadurch ein Festbohren aufgrund von nicht aus­ reichendem Bodenaustrag vermieden oder es werden auf­ grund eines zu hohen Bodenaustrages Setzungen im Boden vermieden.

Weitere erfindungswesentliche Maßnahmen sind im fol­ genden aufgeführt. So lassen sich die Bypassbohrungen wahlweise mittels Verschlußmittel, z. B. Verschlußschrau­ ben verschließen oder öffnen. Durch das Verschließen oder Öffnen der Bypassbohrungen kann der Bohrkrone jeweils die zum Bohren erforderliche Spülmenge zugeführt werden. Außerdem ist durch das Verschließen oder Öffnen der By­ passbohrungen die Ringraumspülung zwischen dem Innen­ gestänge und Außengestänge des Bohrgestänges steuerbar.

- Zweckmäßigerweise weist das Anschlußstück einen sich an das Gehäuseteil anschließenden hohlen Anschlußkonus auf, der in das hohle Innengestänge des Bohrgestänges ein­ setzbar und fixierbar, z. B. einschraubbar ist. In dem als Ge­ windekonus ausgebildeten Anschlußkonus ist vorzugsweise ein bis in den Innenzylinder vorkragendes Führungsrohr eingesetzt, auf dem einerseits die Schließfeder, z. B. eine schraubenwendelförmige Druckfeder, gelagert ist, anderer­ seits der Steuerkolben geführt ist. Das Führungsrohr kann mit dem Gehäuseteil des Anschlußstücks eine Federkammer mit einer verschließbaren Entlüftungsbohrung bilden. Au­ ßerdem kann das Gehäuseteil umfangsseitig Stabilisatorlei­ sten aus Hartmetall aufweisen. Erfindungsgemäß ist der Steuerkolben mittels eines in das Gehäuseteil eingesetzten Sicherungsstiftes, z. B. einer einschraubbaren und in eine endseitig begrenzte Längsnut des Steuerkolbens eintauchen­ den Sicherheitsschraube gegen Herausfallen - bei entfernter Bohrkrone - gesichert. Die Bohrkrone kann eine das Gehäu­ seteil übergreifende Montagebuchse mit Innenmehrkant aufweisen und ist mittels zwischengeschalteter Scherstifte gesichert. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, daß die Bohrkrone und das Schuhrohr korrespondierende Ab­ dichtflächen aufweisen, die bei zurückgefahrener Bohrkrone wirksam sind. Denn nach dem Abteufen der Bohrung wird die Bohrkrone fest gegen das Schuhrohr gezogen, wobei die Scherstifte über das Innengestänge mittels beispielsweise ei­ nes Hydro-Zylinders als Bestandteil des Bohrgerätes kon­ trolliert abgeschert werden, um das Innengestänge ausbauen zu können. Die verlorene Bohrkrone schließt dann das Außengestänge des Bohrgestänges mittels der mit dem Schuh­ rohr korrespondierenden Abdichtflächen gegen Bodenein­ trieb ab. - Im übrigen können die Spülbohrungen in kreis­ förmiger Verteilung in der Bohrkrone angeordnet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher er­ läutert. Die einzige Figur zeigt ein Bohrwerkzeug im Axial­ schnitt.

Das dargestellte Bohrwerkzeug für insbesondere die Her­ stellung von horizontalen oder geneigten langen Kleinloch­ bohrungen weist in seinem grundsätzlichen Aufbau eine Bohrkrone 1 mit Spülbohrungen 2 und ein Anschlußstück 3 zum Anschließen der Bohrkrone 1 an ein hohles für die Zu­ führung eines Spülmediums eingerichteten Bohrgestänges 4 auf. Dieses Bohrgestänge 4 wiederum weist ein Innenge­ stänge 5 und ein Außengestänge 6 auf.

Das Anschlußstück 3 besitzt ein Gehäuseteil 7 mit einem Innenzylinder 8. In dem Innenzylinder 8 ist ein Steuerkol­ ben 9 geführt. Der Steuerkolben 9 ist von einer Schließfeder 10 beaufschlagt und in Schließstellung mit seiner endseiti­ gen Kolbenringfläche gegen die Spülbohrungen 2 unter de­ ren Abschluß gedrückt. Der Steuerkolben 9 weist ferner eine Steuerschulter 11 auf, die in Abhängigkeit von dem Spül­ druck des Spülmediums derart auf die Federkraft der Schließfeder 10 abgestimmt ist, daß der Steuerkolben 9 bei Beaufschlagung der Steuerschulter 11 mit Spülmedium in Offenstellung zurückgedrückt wird und die Spülbohrungen 2 der Bohrkrone 1 freigibt. Das Bohrgestänge 4 weist ein das Anschlußstück 3 umgebendes Schuhrohr 12 als Ab­ schluß des Außengestänges 6 auf. Das Gehäuseteil 7 weist von dem Innenzylinder 8 zu dem zwischen dem Schuhrohr 12 und dem Gehäuseteil 7 gebildeten Ringraum führende Bypassbohrungen 13 auf. Die Bypassbohrungen 13 sind wie die Spülbohrungen 2 von dem Steuerkolben 9 in Schließ­ stellung geschlossen und in Offenstellung geöffnet. Außer­ dem sind die Bypassbohrungen 13 wahlweise mittels ver­ schlußmittel, z. B. Verschlußschrauben verschließbar. Das Anschlußstück 3 weist einen sich an das Gehäuseteil 7 an­ schließenden Anschlußkonus 14 auf, der in das hohle Innen­ gestänge 5 des Bohrgestänges 4 einschraubbar ist. Dazu ist der Anschlußkonus 14 als Gewindekonus ausgeführt. In den Gewindekonus 14 ist ein bis in den Innenzylinder 8 vorkra­ gendes Führungsrohr 15 eingesetzt, auf dem die Schließfe­ der 10, nach dem Ausführungsbeispiel eine schraubenwen­ delförmige Druckfeder, gelagert ist und auf welchem der Steuerkolben 9 geführt ist. Das Führungsrohr 15, welches die Zuführung des Spülmediums durch den hohlen Steuer­ kolben 9 hindurch zu den Spülbohrungen 2 ermöglicht, bil­ det mit dem Gehäuseteil 7 des Anschlußstücks 3 eine Feder­ kammer 16 mit einer verschließbaren Entlüftungsbohrung 17. Dazu kann die Entlüftungsbohrung 17 mit einem Ventil ausgerüstet sein. Es genügt aber auch die Verwendung einer Verschlußschraube 18. Der Steuerkolben 9, der als Hohlkol­ ben ausgebildet ist, ist mittels eines in das Gehäuseteil 7 ein­ gesetzten Sicherungsstiftes 19, z. B. mittels einer ein­ schraubbaren und in eine endseitig begrenzte Längsnut 20 des Steuerkolbens 9 eintauchenden Sicherheitsschraube ge­ gen Herausfallen - bei entfernter Bohrkrone - gesichert. Die Bohrkrone 1 weist eine das Gehäuseteil 7 übergreifende Montagebuchse 21 mit Innensechskant auf und ist mittels zwischengeschalteter Scherstifte 22 gesichert. Ferner wei­ sen die Bohrkrone 1 und das Schuhrohr 12 korrespondie­ rende Abdichtflächen 23, 24 auf, die bei zurückgefahrener Bohrkrone 1 wirksam sind. - Die Spülbohrungen 2 sind in kreisförmigen Verteilung in der Bohrkrone 1 angeordnet.

Claims (10)

1. Bohrwerkzeug mit einer Bohrkrone mit Spülboh­ rungen und mit einem Anschlußstück zum Anschließen der Bohrkrone an ein für die Zuführung eines Spülme­ diums eingerichteten Bohrgestänges, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Anschlußstück (3) ein Gehäu­ seteil (7) mit einem Innenzylinder (8) aufweist, daß in dem Innenzylinder (8) ein Steuerkolben (9) geführt ist, daß der Steuerkolben (9) von einer Schließfeder (10) beaufschlagt und in Schließstellung gegen die Spül­ bohrungen (2) unter deren Abschluß gedrückt ist, daß der Steuerkolben (9) eine Steuerschulter (11) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Spüldruck derart auf die Federkraft der Schließfeder (10) abgestimmt ist, daß der Steuerkolben (9) bei Beaufschlagung der Steuer­ schulter (11) mit Spülmedium in Offenstellung zurück­ gedrückt wird und die Spülbohrungen (2) freigibt.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das das Bohrgestänge (4) ein das An­ schlußstück (3) umgebendes Schuhrohr (12) aufweist und das Gehäuseteil (7) von dem Innenzylinder (8) zu dem zwischen dem Schuhrohr (12) und dem Gehäuse­ teil (7) gebildeten Ringraum führende Bypassbohrun­ gen (13) aufweist, und daß die Bypassbohrungen (13) von dem Steuerkolben (9) in Schließstellung abge­ schlossen und in Offenstellung geöffnet sind.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bypassbohrungen (13) wahl­ weise mittels Verschlußmittel, z. B. Verschlußschrau­ ben verschließbar sind.

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (3) ei­ nen sich an das Gehäuseteil (7) anschließenden hohlen Anschlußkonus (14) aufweist, der in ein hohles Innen­ gestänge (5) des Bohrgestänges (4) einsetzbar, z. B. einschraubbar ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anschlußkonus (3) ein bis in den Innenzylinder (8) vorkragendes Füh­ rungsrohr (15) eingesetzt ist, auf dem Schließfeder (10), z. B. eine schraubenwendelförmige Druckfeder, gelagert und der als hohler Kolben ausgebildete Steuer­ kolben (9) geführt ist.

6. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (15) mit dem Gehäuseteil (7) des Anschlußstücks (3) eine Federkammer (16) mit einer verschließbaren Entlüf­ tungsbohrung (17) bildet.

7. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (9) mit­ tels eines in das Gehäuseteil (7) eingesetzten Siche­ rungsstiftes (19), z. B. einer einschraubbaren und in eine endseitig begrenzte Längsnut (20) des Steuerkol­ bens (9) eintauchenden Sicherheitsschraube, gesichert ist.

8. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) eine das Gehäuseteil (7) übergreifende Montagebuchse (21) aufweist und mittels zwischengeschalteter Scherstifte (22) gesichert ist.

9. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (1) und das Schuhrohr (12) korrespondierende Abdichtflächen (23, 24) aufweisen, die bei zurückgefahrener Bohr­ krone (1) wirksam sind.

10. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülbohrungen (2) in kreisförmiger Verteilung in der Bohrkrone (1) angeord­ net sind.