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Vorrichtung zum Austragen von Bohrgut aus der Bohr-
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schnecke eines Schneckenbohrgerätes für Erdbohrungen
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen von Bohrgut aus der Bohrschnecke
eines Schneckenbohrgerätes für Erdbohrungen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Zum Niederbringen von Bohrungen im Erdreich werden Drehbohrgeräte
verwendet, die eine auf der gesamten Einbaulänge mit einer Schneckenwendel versehene
Bohrschnecke aufweisen. Ein derartiges Schneckenbohrgerät ist im Stand der Technik
allgemein bekannt. Mit diesen Schneckenbohrgeräten können Bohrungen in einem Arbeitsgang
bis auf Endtiefe niedergebracht werden. Derartige Bohrungen werden bei Pfahlgründungen,
für Trägerverbau, Brunnen, als Vorbohrung für Raumprofile und dergleichen benötigt.
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Beim Herausziehen der Schnecke aus dem Bohrloch bleibt das Bohrgut
gewöhnlich auf den Schneckenwendeln der Bohrschnecke haften.
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Um die Bohrschnecke zu reinigen, wird diese entweder geschüttelt oder
es wird versucht, das Bohrgut beim Niederbringen einer neuen Bohrung aus der Schnecke
zu lösen. Diese Art der Bohrgutbeseitigung hat den Nachteil, daß Teile des Bohrgutes
aus großer Höhe von der Bohrschnecke herunterfallen und somit Beschädigungen am
Bohrgerät verursachen. Außerdem werden dadurch das Personal am Bohrgerät oder sonst
in der Nähe befindliche Personen gefährdet.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Art, das in der Bohrschnecke befindliche
Bohrgut zu lösen, ist, daß das Bohrgut nur unvollständig ausgetragen wird. Dies
gilt besonders bei lehmigen Böden, die fest an der Schneckenwendel haften.
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Es hat sich auch gzeigt, daß es sowohl wirtschaftlich als auch technisch
vorteilhaft wäre, wenn auf die Drehbewegung der Bohrschnecke zum Austragen des Bohrgutes
verzichtet werden könnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für ein
Schneckenbohrgerät für Erdbohrungen zu schaffen, mit welcher eine möglichst vollständige
Austragung des in den Gängen der Bohrschnecke befindlichen Bohrgutes bei einer rein
translatorischen Herausziehbewegung der Bohrschnecke ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches
angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung sieht vor, daß ein an einem Drehring
in den Schneckengang verschwenkbar angeordnetes Räumschild während der rein translatorischen
Herausziehbewegung der Bohrschnecke in Umfangsrichtung um die Bohrschnecke bewegt
wird Bei dieser Drehbewegung greift das Räumschild ständig in den Schneckengang
ein und löst das anhaftende Bohrgut, so daß es nach unten herausfällt. Die Drehbewegung
resultiert dabei oft von einem Hydraulikmotor, der einen mit dem Drehring verbundenen,
auf Kugellagern gelagerten Zahnkranz antreibt.
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Der Drehring kann zylinderförmig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil,
daß das von der Bohrschnecke herabfallende, teilweise gegen die Zylinderinnenwand
fallende Bohrgut auf den direkten Weg nach unten abgelenkt wird.
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Der Drehring kann auch ein nach unten weisendes Schild und einen an
dessen unterem Ende befestigten Klammerfortsatz aufweisen. Die Anbringung des Klammerfortsatzes
dient dem Zweck, für das Räumschild eine untere Lagermöglichkeit zu schaffen. Der
Klammerfortsatz ist starr ausgebildet und wirkt auch als Mittel, um das nach unten
ragende Schild zu versteifen.
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In dem Ausführungsbeispiel, in welchem der Drehring als Zylinder ausgestaltet
ist, ist vorgesehen, daß das Bohrschild den Zylinder
von außen
durch eine Öffnung durchgreift. Das Räumschild ist in Lagern aufgenommen, die am
Außenumfang des Zylinders befestigt sind. Durch diese Anordnung sind die Lager gut
gegen Verschmutzung geschützt.
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Aus Gründen einer wirkungsvollen Kraftübertragung ist das Räumschild
vertikal ausgerichtet. Um einen möglichst großen Querschnitt des Schneckenganges
abzudecken, ist das Räumschild abgestimmt auf die Steigung der Bohrschnecke in radialer
Richtung nach innen geneigt.
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Dadurch, daß das Räumschild an seiner Vorderseite keilförmig ausgebildet
ist, wird das Lösen des anhaftenden Bohrgutes erleichtert.
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Bei besonders stark anhaftendem Bohrgut, welches bis zum Kern der
Bohrschnecke reicht und den Schneckengang nahezu vollständig ausfüllt,ist es vorteilhaft,
wenn das Räumschild nahezu über die gesamte Schneckengangtiefe in die Bohrschnecke
eingreift. Aus dem Gesichtspunkt der besseren Kraftverteilung ist es vorteilhaft,
wenn das Räumschild nicht in rein radialer Richtung in den Schnekkengang eingreift.
Bevorzugt ist das Räumschild so anqeordnet, daß sein vorderer Abschnitt in Drehrichtung
vor den Lagern liegt.
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Durch diese Maßnahme ist es möglich, das Bohrgut besser auszuführen,
da dem am Räumschild ankommerden Bohrgut nicht nur eine Geschwindigkeit in Umfangs
richtung sondern auch eine radiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird. In diesem
Fall ragt das Räumschild um eine größere Länge in den Schneckengang, als die Schneckengangtiefe
beträgt.
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Je nach Anwendungsfall und Größe der Bohrschnecke können verschiedene
Betätigungsarten des Räumschildes von Vorteil sein.
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Bei kleineren Räumschilden wird es genügen, dieses zum Eingriff in
die Bohrschnecke mit einem Handhebel zu schwenken. Bei größeren
Räumschilden
wird es besser sein, zum Eingriff in die Bohrschnecke einen Handhebel vorzusehen,
mit dem das Räumschild durch eine Übersetzung mittels Zahnrädern mit einem größeren
Drehmoment beaufschlagt werden kann. Für sehr große Bohrschnecken ist es sinnvoll,
wenn die Räumschilder durch einen Hydraulikmotor in und außer Eingriff geschwenkt
werden.
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Um eine stabile Führung des Räumschildes zwischen zwei Schneckenblättern
zu gewährleisten, können nach der Erfindung auf der Rückseite des Räumschildes zwei
im Abstand übereinander angeordnete Spurräder vorgesehen sein, die über die Höhenerstreckung
des Räumschildes hinausragen. Von diesen Spurrädern-rollt jedes an einem von zwei
benachbarten Schneckenblättern ab. Das Räumschild wird dabei so geführt, daß es
mit keinem der benachbarten Schnekkenblättern in Berührung kommt. Mit dieser Ausführungsform
werden auf relativ einfache Weise Reibung und Verschleiß sowohl am Räumschild als
auch an den Schneckenblättern vermieden. Um eine möglichst hohe Lebensdauer der
Spurräder zu erreichen, sind diese auf Wälzlagern gelagert.
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Um allen Betriebsbeanspruchungen gerecht zu werden, ist der Drehring
über einen mit dem Bohrturm verbundenen Rahmen auf und ab bewegbar. Diese vertikale
Beweglichkeit ist deswegen wichtig, da es möglich sein muß, die Austragung des Bohrgutes
in verschiedenen Höhen durchzuführen.
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Der Drehring kann zusammen mit dem Rahmen in einer weiteren Ausführungsform
um eine Achse am Bohrturm horizontal verschwenkbar sein. Diese Möglichkeit, die
gesamte Anordnung in einer horizontalen Ebene zu verschwenken ist besonders dann
vorteilhaft, wenn nach einem vollständigen Herausziehen der Bohrschnecke aus der
Vorrichtung Reparatur- oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden sollen.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung weist weiterhin in ihrem oberen
Bereich einen koaxial zur Bohrschnecke angeordneten Zylinder auf, der an seinem
oberen und seinem unteren Ende jeweils mit einem sich nach außen konisch erweiternden
Führungsring ausgestattet ist. Insbesondere der Zylinder dient dazu, um der Bohrschnecke
die nötige Führung zu geben.
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Die gesamte Vorrichtung ist vorteilhafterweise im Bereich des unteren
Endes des Bohrturmes angebracht, damit das aus der Bohrschnecke ausgetragene Bohrgut
nur aus geringer Höhe herabfällt.
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Damit die gesamte Vorrichtung während des Austragvorganges auf gleicher
Höhe bleiben kann, ist es notwendig, die Umfangsgeschwindigkeit des Drehringes auf
die Translationsgeschwindigkeit der Bohrschnecke abzustimmen. Wird die Schnecke
relativ zügig aus dem Bohrloch herausgezogen, muß auch der Drehringmit dem Räumschild
relativ schnell umlaufen. Die Umlaufgeschwindigkeit wird bei Schnecken mit einer
größeren Schneckensteigung verringert. Je größer die Schneckensteigung gewählt wird,
desto niedriger muß die Drehgeschwindigkeit des Drehringes sein.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat darüberhinaus den Vorteil,
daß die Vertikalverschiebung der gesamten Vorrichtung einschließlich des mit dem
Drehring verbundenen Rahmens dadurch möglich ist, daß das Räumschild mit der Bohrschnecke
in Eingriff gebracht wird und daß die Bohrschnecke gedreht wird. Dadurch rollen
die Spurräder im Schneckengang ab und heben oder senken die gesamte, mit ihnen verbundene
Vorrichtung. Ein gesonderter Antrieb für die Vertikalbewegung der Vorrichtung kann
damit insbesondere bei kleineren und damit leichteren Vorrichtungen entfallen.
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In diesem Fall kann auch das mit den Spurrädern ausgestattete Räumschild
beim Bohrbetrieb mit der Bohrschnecke im Eingriff bleiben.
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Bei großen und schweren Vorrichtungen ist es zweckmäßig, einen gesonderten
Antrieb für die Vertikalbewegung am Bohrturm vorzusehen.
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Die Räumvorrichtung nach der Erfindung, insbesondere das Räumschild
wird, wenn ein gesonderter Vertikalantrieb am Bohrturm vorgesehen ist und die Bohrschnecke
im Bohrbetrieb eingesetzt werden soll, außer Eingriff genommen, so daß die Bohrschnecke
durch die Schneckenführung und durch den Drehring einen freien Durchgang hat.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Drehbohrgerät mit erfindungsgemäßem Räumgerät;
Fig. 2 eine Bohrschnecke im Einsatz mit der erfindungsgemäßen Austragvorrichtung
im Aufriß und teilweise in Schnittdarstellung; Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Austragvorrichtung nach der Erfindung im Aufriß; Fig. 4 eine Draufsicht auf
die Bohrschnecke im Schnitt mit dem Räumschild im Eingriff; Fig. 5 einen Ausschnitt
aus der Vorrichtung mit einem Spurrad und dem Räumschild in Draufsicht und Fig.
6 die Spurräder und das Räumschild sowie den Zahnkranz mit Befestigung im Drehring
in einer Vorderansicht.
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In Figur 1 ist ein Drehbohrgerätmit einem Räumgerät 4, mit einem Bohrturm
1 und einer Bohrschnecke 3 ausgerüstet. Die Bohrschnecke 3 wird an ihrem oberen
Ende über eine Vorrichtung, die mit dem Bohrturm 1 verbunden ist, gehalten. Der
Antrieb der Bohrschnecke erfolgt ebenfalls am oberen Ende. In der vertikalen Richtung
wird die Bohrschnecke 3 durch eine am unteren Teil des Bohrturmes 1 angeordnete
Haltevorrichtung ausgerichtet.
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In Figur 2 ist die Austragvorrichtung nach der Erfindung im Eingriff
mit der Bohrschnecke 3 gezeigt. Generell ist festzustellen, daß sich die erfindungsgemäße
Austragsvorrichtung insbesondere auch für Schnecken mit größeren Steigungen, als
in der Figur 2 gezeigt, eignet.
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In Figur 2 ist der Drehring 5 als Zylinder ausgeführt, dessen axiale
Erstreckung unten und oben jeweils ein Flanschring 7, 9 begrenzt. Auf dem oberen
Flanschring 9 ist ein Zahnkranz 11 befestigt, der über ein Wälzlager 13 gegenüber
dem Rahmen 15 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 11 wird über einen Hydraulikmotor
17 angetrieben. Da der Zahnkranz 11 mit dem Drehring 5 fest verbunden ist, kann
durch die Regelung der Antriebsdrehzahl des Hydraulikmotors die Umfangsgeschwindigkeit
des Drehringes 5 unmittelbar festgelegt werden. Aus Figur 2 ist weiter ersichtlich,
daß ein Räumschild 19 am Außenumfang des Drehringes 5 gelagert ist. Das Räumschild
19 ist mit den in den Lagern 21 und 23 aufgenommenen Lagerzapfen in Richtung auf
die Bohrschnecke 3 verschwenkbar. Das Räumschild 19 ragt dabei durch eine Öffnung
25 im zylindrischenAbschnitt des Drehringes 5 nach innen. Da das vom Räumschild
19 von der Bohrschnecke 3 geräumte Bohrgut (nicht dargestellt) kaum durch die Öffnung
25 nach außen dringen kann, sind die Lager 21 und 23 gut gegen Verschmutzung geschützt.
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Das Räumschild 19 befindet sich im eingezeichneten Zustand in direktem
Eingriff mit der Bohrschnecke 3. Hinter dem Räumschild 19 sind zwei Spurräder 27
und 29 angedeutet, von denen das obere an der Unterseite des ihm benachbarten Schneckenblattes
und von denen das untere auf der Oberseite des ihm benachbarten Schneckenblattes
abrollt. Das Räumschild 19 weist eine geringere Höhenerstreckung als die im Abstand
angeordneten Spurräder 27 und 29 auf, so daß die beiden Schneckenblätter 31 und
33 während des Austragens des Bohrgutes vom Räumschild 19 nicht berührt werden.
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Damit wird ein Verschleiß sowohl am Räumschild 19 als auch an den
Schneckenblättern ausgeschlossen. Das Räumschild 19 ist entsprechend der Schneckensteigung
nach innen geneigt. Bei der rein translatorischen Herausziehbewegung der Bohrschnecke
3 wird das Räumschild 19 zusammen mit dem Zahnkranz 11 und dem Drehring 5 in Umfangsrichtung
gedreht und schraubt sich dabei durch die Schneckenwindungen, so daß das darin befindliche
Bohrgut nach unten herausfällt. Das Räumschild 19 schraubt sich damit zusammen mit
den übereinander angeordneten Spurrädern auf der schiefen Ebene der Schneckenblätter
um die Bohrschnecke 3, sobald die Bohrschnecke 3 eine Längsbewegung macht Wenn der
Austragsvorgang beendet ist, wird das Räumschild 19 außer Eingriff genommen, so
daß die Bohrschnecke 3 im Bohrbetrieb einen freien Durchgang hat.
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Der nach unten offene Drehring 5 ermöglicht ein problemloses Ausfallen
des Bohrgutes nach unten und weist teilweise das herausfallende Bohrgut in Richtung
nach unten.
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Der Rahmen 15 weist nach Figur 2 einen koaxial zur Bohrschnecke 3
angeordneten Zylinder 35 auf. Am oberen und unteren Ende des Zylinders 35 ist jeweils
ein konischer, sich nach außen erweiternder Führungsring 37 und 39 befestigt. Mit
dieser Anordnung wird
die Bohrschnecke 3 in radialer Richtung geführt.
Die Ringe 37 und 39 erleichtern das Einführen der Schnecke in den Zylinder 35.
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Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, ist es für den Fall, daß
die Austragvorrichtung während des Herausziehens der Bohrschnecke 3 auf gleicher
Höhe bleiben soll, erforderlich, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Räumschildes
19 auf die Translationsgeschwindigkeit der Bohrschnecke 3 abgestimmt ist. Das Verhältnis
der Translationsgeschwindigkeit zur Rotationsgeschwindigkeit wird auch in entscheidendem
Maße durch die Schneckensteigung insoweit beeinflußt, als bei größerer Schneckensteigung
die Umfangsgeschwindigkeit geringer ist.
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In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Austragvorrichtung dargestellt. An den Drehring 41 schließt ein sich nach unten
erstreckendes Führungsschild 43 an. Mit dem unteren Ende des Führungsschildes 43
sind zwei Klammerfortsätze 45 und 47 verbunden. Die Klammerfortsätze 45 und 47 dienen
zusätzlich zum Zylinder 35 zur Führung der Bohrschnecke. Zwischen dem Drehring 41
und dem in Drehrichtung gesehen vorderen Klammerfortsatz 47 ist das Räumschild 19
nach innen schwenkbar gelagert. Oberhalb des Führungsschildes 43 ist ein Handhebel
49 dargestellt, mit welchem das Räumschild 19 in Eingriff schwenkbar ist. Der Handhebel
49 ist entweder fest mit dem Räumschild 19 verbunden, oder das Drehmoment wird über
Ritzel übertragen, so daß durch eine Übersetzung die Bedienung erleichtert wird.
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In Figur 4 ist schematisch der Eingriff des Räumschildes 19 in die
Bohrschnecke 3 verdeutlicht. Aus dem Gesichtspunkt der Kraftverteilung und der Geschwindigkeit,
mit welcher. das Bohrgut beim Herausfallen beaufschlagt wird, ist es vorteilhaft,
das Räumschild 19 zum Eingriff in die Bohrschnecke 3 so anzuordnen, daß
das
Räumschild mit der Tangente an das Schneckenblatt einen spitzen Winkel CL bildet.
In diesem Fall erfährt das Bohrgut nämlich auch eine Geschwindigkeitskomponente
in radialer Richtung. Im Gegensatz dazu wird das Bohrgut, wenn das Räumschild 19
genau in radialer Richtung zur Bohrschnecke angeordnet ist, nur mit einer Geschwindigkeitskomponente
in Umfangsrichtung beaufschlagt und das Bohrgut staut sich an. Als gegenständliches
Merkmal, um die verbesserte Bohrgutaustragung zu erhalten, ist entscheidend, daß
die Ebene des Räumschildes 19 nicht durch den Mittelpunkt der Bohrschnecke 3 läuft,
sondern daß die Räumschildebene in Drehrichtung vorverlagert ist. Um zu erreichen,
daß auch das Bohrgut, welches sich in der Nähe des Bohrschneckenkerns angelagert
hat, entfernt wird, ist das Räumschild 19 mit einer Länge L in der Bohrschnecke
im Eingriff, welche größer ist als die Tiefe T des Schneckenganges. Außerdem ist
erforderlich, daß das Räumschild 19 mit seinem vorderen Ende in unmittelbarer Nähe
des Kerns der Bohrschnecke 3 steht.
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In Figur 5 ist die Anordnung des Räumschildes 19 und des Spurrades
27 relativ zueinander und im freien Querschnitt durch die Austragvorrichtung gezeigt.
Die Achse 51 des Spurrades 27 ist über einen Steg 53 fest mit dem Räumschild 19
verbunden. Das Spurrad 27 ist auf einem Wälzlager frei drehbar gelagert. Beim Verschwenken
in oder außer Eingriff werden die Spurräder zusammen mit dem Räumschild 19 verschwenkt.
Durch den Pfeil 55 ist die Drehrichtung der Vorrichtung beim Austragen des Bohrgut
angedeutet.
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In Figur 6 ist die Anordnung des Räumschildes 19 und der Spurräder
27 und 29 im Drehring 5 nach Figur 2 deutlich herausgezeichnet. Besonders augenfällig
ist die relativ starke Neigung des Räumschildes 19 nach innen, welche darauf schließen
läßt,
daß mit der vorliegenden Vorrichtung eine Bohrschnecke mit
relativ hoher Steigung geräumt werden soll. In seinem vorderen Abschnitt ist das
Räumschild 19 keilförmig verjüngt.
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Das Räumschild 19 und die Achsen 57 und 59 der Spurräder 27 und 29
sind gemeinsam an der Welle 61 befestigt. Die Welle 61 ist mit den Lagerzapfen 63
und 65 in den Lagern 21 und 23 aufgenommen und wird durch den Hebel 49 verschwenkt.
Im oberen Teil der Figur 6 ist deutlich zu sehen, daß der Zahnkranz 11 durch das
Wälzlager 13 gegenüber dem Rahmen 15 drehbar gelagert ist. Weiterhin ist angedeutet,
daß der Zahnkranz 11 über den Flansch 9 mit dem Drehring 5 fest verbunden ist.