DE202015102848U1 - Core drilling tool for rock drilling - Google Patents
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Abstract
Kernbohrwerkzeug zum Gesteinsbohren mit einem rohrförmigen Grundkörper (12), welcher an seiner Unterseite eine Schneideinrichtung (30) zum Abarbeiten von Gesteinsmaterial unter Ausbildung eines Bohrkerns aufweist, wobei entlang einer Außenseite des rohrförmigen Grundkörpers (12) wenigstens eine äußere Förderwendel (14) zum Abfördern des abgearbeiteten Gesteinsmaterials angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers (12) wenigstens eine innere Förderwendel (16) angeordnet ist.Core drilling tool for rock drilling with a tubular base body (12) having on its underside a cutting device (30) for working rock material to form a core, along an outer side of the tubular base body (12) at least one outer conveyor coil (14) for conveying the processed rock material is arranged, characterized in that along an inner side of the tubular base body (12) at least one inner conveyor coil (16) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kernbohrwerkzeug zum Gesteinsbohren mit einem rohrförmigen Grundkörper, welcher an seiner Unterseite eine Schneideinrichtung zum Abarbeiten von Gesteinsmaterial unter Ausbildung eines Bohrkerns aufweist, wobei entlang einer Außenseite des rohrförmigen Grundkörpers wenigstens eine äußere Förderwendel zum Abfördern des abgearbeiteten Gesteinsmaterials angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a coring tool for rock drilling with a tubular base body which has on its underside a cutting device for working off rock material to form a core, wherein along an outer side of the tubular body at least one outer conveyor coil for conveying the processed rock material is arranged according to the preamble of claim 1.
Kernbohrwerkzeuge werden insbesondere bei härterem Bodenmaterial verwendet, welches nachfolgend als Gestein bezeichnet wird, um Bohrungen zu erstellen. Bei einem Kernbohrwerkzeug ist die Schneidwirkung auf einen im Wesentlichen ringförmigen Schneidbereich beschränkt, so dass sich beim Bohren ein dornartiger Bohrkern ausbildet. Dieser Bohrkern löst sich häufig durch die Erschütterungen beim Bohren von selbst vom umgebenden Boden oder kann in einem Fußbereich gezielt abgetrennt werden. Ein derartiges Kernbohrwerkzeug geht beispielsweise aus der
Ein maßgeblicher Vorteil bei einem derartigen Verfahren zum Gesteinsbohren besteht darin, dass nicht das gesamte Gesteinsmaterial innerhalb einer Bohrung durch die Schneideinrichtung zerkleinert werden muss. Vielmehr kann der sich ausbildende dornartige Bohrkern als ein größeres Gesteinsstück aus dem Bohrloch entfernt werden. A significant advantage of such a method of rock drilling is that not all of the rock material within a bore must be crushed by the cutter. Rather, the forming mandrel-like core can be removed as a larger piece of rock from the wellbore.
Aus der
Weiterhin ist aus der
Kernbohrwerkzeuge erlauben insgesamt ein sehr effizientes Bohren in harten Bodenmaterialien, da zum Bilden eines Bohrloches nur ein Teil des anstehenden Bodenmateriales zerkleinert werden muss. Dies ist energiesparend. Allerdings nehmen mit zunehmender Ausbildung des sich innerhalb des Bohrwerkzeuges erstreckenden Bohrkernes die Reibung und damit der beim Bohren notwendige Kraft- und Energieaufwand zu. Overall, core drilling tools allow for very efficient drilling in hard soil materials because only a portion of the pending soil material must be crushed to form a wellbore. This is energy efficient. However, with increasing training of extending within the drilling tool core, the friction and thus the necessary during drilling force and energy consumption.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kernbohrwerkzeug zum Gesteinsbohren anzugeben, mit welchem ein Kernbohren besonders effizient durchgeführt werden kann. The invention has for its object to provide a coring tool for rock drilling, with which a core drilling can be performed very efficiently.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Kernbohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is achieved according to the invention by a coring tool with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers wenigstens eine innere Förderwendel angeordnet ist. Mit dieser innenliegenden Förderwendel kann eine Förderwirkung entlang der Innenseite des Grundkörpers und damit entlang des sich ausbildenden Bohrkernes erzeugt werden. Abhängig von der Drehrichtung kann dabei etwa abgearbeitetes Gesteinsmaterial, welches sich zwischen dem Bohrkern und dem rohrförmigen Grundkörper befindet, abgefördert werden. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dieses abgearbeitete Bodenmaterial entgegen der Bohrrichtung aus dem rohrförmigen Grundkörper, insbesondere nach oben, abzufördern. The drilling tool according to the invention is characterized in that at least one inner conveyor coil is arranged along an inner side of the tubular base body. With this inner conveyor coil, a conveying effect can be generated along the inside of the base body and thus along the forming core. Depending on the direction of rotation, it is possible for example to carry off discharged rock material which is located between the drill core and the tubular base body. In principle, it is possible to remove this processed soil material against the drilling direction from the tubular base body, in particular upwards.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die innere Förderwendel mit einer inneren Förderrichtung ausgebildet ist, welche zu einer Förderrichtung der äußeren Förderwendel entgegengesetzt ist. Insbesondere bei einem Nassbohren mit einer Spül- und Kühlflüssigkeit kann so eine gezielte Strömung und Pumpwirkung eingestellt werden, so dass abgearbeitetes Gesteinsmaterial aus dem Bereich der Schneideinrichtung an der Unterseite des Kernbohrwerkzeuges abgefördert werden kann. Dabei ist die innere Förderwendel so ausgebildet, dass entlang der Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers gezielt Spülflüssigkeit zu der Schneideinrichtung gefördert oder gepumpt wird. Die Flüssigkeit kann so die Schneidwerkzeuge sowie das anstehende Gesteinsmaterial kühlen und durch die Förderwirkung der äußeren Förderwendel kann die Spülflüssigkeit zusammen mit dem abgearbeiteten Gesteinsmaterial wieder von dem Bohrlochgrund und der Schneideinrichtung entgegen der Bohrrichtung, insbesondere nach oben, abgeführt werden. A particularly preferred embodiment of the invention is that the inner conveyor coil is formed with an inner conveying direction, which is opposite to a conveying direction of the outer conveyor spiral. In particular, in a wet drilling with a rinsing and cooling liquid as a targeted flow and pumping action can be adjusted so that processed rock material can be removed from the range of the cutting device on the underside of the core drilling tool. In this case, the inner conveyor coil is designed so that along the inside of the tubular body selectively rinse liquid is conveyed or pumped to the cutting device. The liquid can thus cool the cutting tools as well as the pending rock material, and due to the conveying action of the outer conveying spiral, the rinsing liquid can be removed again from the borehole bottom and the cutter counter to the boring direction, in particular upwards, together with the excavated rock material.
Die Spülflüssigkeit kann in einem oberen Bereich des Bohrloches in grundsätzlich bekannter Weise aus dem Bohrloch austreten oder hieraus abgefördert werden, um gegebenenfalls nach einer Abtrennung des Gesteinsmateriales wieder im Kreislauf in das Bohrloch zurückgeführt zu werden. The rinsing liquid can emerge from the borehole in an essentially known manner in an upper region of the borehole or can be carried away therefrom in order, if appropriate, to be recirculated into the borehole after a separation of the rock material.
Zur Erzeugung einer guten Durchströmung ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass an einem oberen Bereich des Grundkörpers eine Zutrittsöffnung zum Zutritt von Flüssigkeit in einen Rohrinnenraum des Grundkörpers vorgesehen ist. An der Zutrittsöffnung kann grundsätzlich eine Zuführleitung angeschlossen sein, um etwa frische Spülflüssigkeit unmittelbar in das Kernbohrwerkzeug einzuleiten. Die Zutrittsöffnung kann zentrisch ausgebildet sein, so dass eine Zuführung über ein hohles Bohrgestänge erfolgen könnte. Gegebenenfalls kann die Zutrittsöffnung aber auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein, wobei eine Zuführung über eine separate Zuführleitung von außen erfolgt. In einer einfachen Ausführungsform kann an der Zutrittsöffnung auch kein Leitungsanschluss vorgesehen sein, so dass Spülflüssigkeit aus einem oberen Bereich der Bohrung über die innere Förderwendel angesaugt und nach unten zu der Schneideinrichtung gefördert wird. Eine eigene Pumpe mit einer entsprechenden Energieversorgung ist hierbei nicht notwendig. Vielmehr kann die Pumpwirkung ausschließlich durch die Drehbewegung des Kernbohrwerkzeuges aufgebracht werden. To generate a good flow, it is provided according to an embodiment of the invention that an access opening for the entry of liquid is provided in a pipe interior of the body at an upper portion of the body. At the access opening can In principle, be connected to a feed line to introduce about fresh rinse liquid directly into the core drilling tool. The access opening may be formed centrally, so that a supply could be made via a hollow drill pipe. Optionally, the access opening may also be provided at another location, wherein a supply via a separate supply line from the outside. In a simple embodiment, no line connection can be provided at the access opening, so that rinsing liquid is sucked from an upper region of the bore via the inner conveyor spiral and conveyed down to the cutting device. A separate pump with an appropriate power supply is not necessary. Rather, the pumping action can be applied exclusively by the rotational movement of the core drilling tool.
Für das Lösen von härterem Bodenmaterial ist es nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft, dass die Schneideinrichtung mindestens einen drehbar gelagerten Rollenmeißel aufweist. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Rollenmeißel ringförmig entlang der unteren Kante des rohrförmigen Grundkörpers angeordnet. Die sich bei der Drehbewegung des Kernbohrwerkzeuges am anstehenden Gesteinsmaterial abrollenden Rollenmeißel bewirken eine punktuelle Kraftbeaufschlagung, welche zum Lösen auch härteren Gesteinsmateriales führt. For the release of harder soil material, it is advantageous according to a further embodiment variant of the invention that the cutting device has at least one rotatably mounted roller chisel. Preferably, a plurality of roller bits are arranged annularly along the lower edge of the tubular base body. The rolling chisels rolling on the pending rock material during the rotary movement of the core drilling tool cause a punctual application of force, which leads to the release of even harder rock material.
Grundsätzlich kann die Schneideinrichtung jedes geeignete Abtragselement aufweisen, welche abhängig vom anstehenden Boden ausgewählt werden kann. Eine bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung besteht darin, dass die Schneideinrichtung mindestens einen feststehenden Abtragszahn aufweist. Der Abtragszahn kann alleine oder zusätzlich zu der Wirkung der Rollenmeißel eine Bodenabtragung bewirken. In principle, the cutting device can have any suitable removal element which can be selected depending on the pending soil. A preferred embodiment of the invention is that the cutting device has at least one fixed erosion tooth. The erosion tooth alone or in addition to the action of the roller bits may cause soil erosion.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht nach der Erfindung darin, dass der Abtragszahn gegenüber einer Abtragsfläche des Rollenmeißels in Richtung auf den Grundkörper versetzt ist. Insbesondere bei härterem Gesteinsmaterial wird so die Abtragsleistung im Wesentlichen durch die Rollenmeißel aufgebracht, während die Abtragszähne bestabstandet vom Bohrlochgrund das bereits zerkleinerte, abgetragene Gesteinsmaterial aufnehmen und aus dem Arbeitsraum abführen. A particularly preferred embodiment according to the invention is that the erosion tooth is offset in relation to a removal surface of the roller bit in the direction of the base body. In particular, with harder rock material so the removal is applied essentially by the roller bits, while the erosion teeth bestabstandet from the bottom of the hole absorb the already crushed, worn rock material and remove it from the work space.
Dabei ergibt sich nach einer Weiterbildung der Erfindung ein besonders zweckmäßiger Betrieb dadurch, dass der Abtragszahn als ein Flachzahn mit einer Zahnflanke ausgebildet ist, welche bündig in die äußere Förderwendel übergeht. Das abgetragene Bodenmaterial wird also über eine flächige Zahnflanke des Flachzahnes zu der äußeren Förderwendel geleitet, und kann so weiter nach oben abgefördert werden. Das abgetragene Bodenmaterial stellt also etwa für die weitere Bearbeitung durch die Rollenmeißel kein Hindernis dar.In this case, according to a development of the invention, a particularly expedient operation in that the Abtragszahn is formed as a flat tooth with a tooth flank, which merges flush into the outer conveyor coil. The abraded soil material is thus passed over a flat tooth flank of the flat tooth to the outer conveyor spiral, and so can be conveyed further upwards. The removed soil material thus does not constitute an obstacle for further processing by the roller bits.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der mindestens eine Rollenmeißel und/oder der mindestens eine Abtragszahn auswechselbar an dem Grundkörper angebracht sind. Insbesondere können an dem Grundkörper Halterungen vorgesehen sein, in welchen die jeweiligen Abtragselemente lösbar eingesetzt sind. Da die Abtragselemente, etwa die Rollenmeißel oder die Abtragszähne, einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind, können diese schnell gewechselt werden, was einen effizienten Betrieb des Kernbohrwerkzeuges erlaubt. A further advantageous embodiment of the invention results from the fact that the at least one roller bit and / or the at least one erosion tooth are interchangeably mounted on the base body. In particular, brackets may be provided on the base body, in which the respective removal elements are detachably inserted. Since the ablation elements, such as the roller bits or the Abtragszähne, are exposed to high wear, they can be changed quickly, allowing efficient operation of the core drilling tool.
Grundsätzlich können die Anzahl sowie die Form und Steigung der Förderwendeln an dem Kernbohrwerkzeug beliebig ausgebildet sein. Besonders effizient ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass eine Steigung der inneren Förderwendel größer ist als eine Steigung der äußeren Förderwendel. Es wird so eine relativ starke Strömung von Spülflüssigkeit zur Schneideinrichtung bewirkt. Diese unterstützt das Freispülen der Schneideinrichtungen und auch ein nach oben Abfördern des abgetragenen Bodenmaterials aufgrund des Verdrängungsprinzips. In principle, the number as well as the shape and pitch of the conveying helixes can be designed as desired on the core drilling tool. According to one embodiment variant of the invention, it is particularly efficient that a pitch of the inner conveyor helix is greater than a pitch of the outer helix. It is thus causes a relatively strong flow of rinsing liquid to the cutting device. This supports the flushing of the cutting devices and also an upward conveyance of the removed soil material due to the displacement principle.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, dass an einem oberen Ende des Bohrwerkzeuges eine Anschlusseinrichtung für ein Bohrgestänge und/oder ein Auffangbehälter für Bodenmaterial angeordnet ist. Die Anschlusseinrichtung kann insbesondere ein sogenannter Kelly-Anschluss sein, mit welcher in üblicher Weise ein Bohrgestänge, insbesondere eine Kelly-Stange, lösbar befestigt werden kann. Das Kernbohrwerkzeug kann so an üblichen Bohrgeräten zum Einsatz kommen. Weiterhin kann am oberen Endbereich ein Auffangbehälter für abgearbeitetes Bodenmaterial vorgesehen sein. Dieser kann durch einen Wandring gebildet sein, welcher zum Entleeren geöffnet, insbesondere nach oben geschoben werden kann.According to a further embodiment of the invention, it is expedient that at an upper end of the drilling tool, a connection device for a drill pipe and / or a collecting container for soil material is arranged. In particular, the connection device can be a so-called Kelly connection with which a drill rod, in particular a Kelly rod, can be detachably fastened in the usual way. The core drilling tool can thus be used on conventional drilling rigs. Furthermore, a collecting container for processed soil material can be provided at the upper end region. This can be formed by a wall ring which can be opened for emptying, in particular pushed upwards.
Hinsichtlich des Bohrverfahrens mit dem erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeug ist vorgesehen, dass an einer Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers eine innere Förderwendel vorgesehen ist, durch welche eine Förderwirkung entlang der Innenseite des Grundkörpers erzeugt wird. Hierdurch kann eine Reibungsverminderung und damit eine Reduzierung des Kraft- und Energieaufwandes beim Bohren erreicht werden, wie vorstehend erläutert wurde.With regard to the drilling method with the core drilling tool according to the invention, it is provided that an inner conveyor spiral is provided on an inner side of the tubular base body, by means of which a conveying action is generated along the inner side of the main body. As a result, a reduction in friction and thus a reduction in the expenditure of energy and energy during drilling can be achieved, as explained above.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens besteht darin, dass durch die innere Förderwendel Spülflüssigkeit in Bohrrichtung zu der Schneideinrichtung entlang der Innenseite des Grundkörpers gefördert wird, während durch die äußere Förderwendel abgetragenes Gesteinsmaterial mit der Spülflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung von der Schneideinrichtung weggefördert wird. Die so erzielte Flüssigkeitsströmung innerhalb des Kernbohrwerkzeuges und der Bohrung verringert die Reibung zwischen dem Kernbohrwerkzeug und dem umgebenden Gesteinsmaterial sowie dem inneren Bohrkern. Gleichzeitig werden das Gesteinsmaterial und das Kernbohrwerkzeug gekühlt, was insgesamt zu einer Verminderung des Verschleißes führt. Zudem wird ein zuverlässiger Abtransport des abgetragenen Gesteinsmaterials am Bohrlochgrund erreicht, wodurch die Wirksamkeit der Schneideinrichtung unterstützt wird. Zudem kann das abgetragene Gesteinsmaterial zuverlässig aus dem Bohrloch abgefördert werden. Dies unterstützt ebenfalls den Bohrfortschritt und reduziert die Reibung beim Bohren.An advantageous embodiment of the method is that by the inner conveyor coil washing liquid in the drilling direction to the Cutting device is conveyed along the inside of the body, while carried by the outer conveyor spiral removed rock material with the rinsing liquid in the opposite direction of the cutter. The fluid flow thus obtained within the core drilling tool and the bore reduces the friction between the core drilling tool and the surrounding rock material as well as the inner core. At the same time the rock material and the core drilling tool are cooled, which leads to an overall reduction in wear. In addition, a reliable removal of the excavated rock material is achieved at the bottom of the hole, whereby the effectiveness of the cutting device is supported. In addition, the excavated rock material can be reliably removed from the wellbore. This also supports drilling progress and reduces friction during drilling.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be further elucidated on the basis of preferred exemplary embodiments, which are illustrated schematically in the attached drawings. In the drawings show:
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeuges
Die Rollenmeißel
Weiterhin weist die Schneideinrichtung
Bei dem in den
Das Bohrdrehmoment wird auf das Kernbohrwerkzeug
Bei einem drehenden Betrieb des Kernbohrwerkzeuges
Bei einem Drehbetrieb des Kernbohrwerkzeuges
Weiterhin wird die Schneideinrichtung
In den
Ein maßgeblicher Unterschied besteht jedoch darin, dass das Kernbohrwerkzeug
Grundsätzlich ist die Schneideinrichtung
Entsprechend dem Kernbohrwerkzeug
Die erste äußere Förderwendel
Zur Einleitung des Drehmomentes ist an der Oberseite des Kernbohrwerkzeuges
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