DE3611014C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kerndrehbohrer mit einem Kernrohr, einem im Kernrohr angeordneten Kernfänger und mit einer Ge­ stängeverbindung.

Es ist bekannt, einen Kerndrehbohrer an einem Bohrgestänge um seine Längsachse drehbar zu lagern. Das Kernrohr hat an seiner Unterseite Meißel oder Schneid-Werkzeuge, die bei einer Drehbe­ wegung des Kernrohres das unter dem Kernrohr befindliche Bohr­ gut lösen oder aufschneiden und entfernen, wodurch das Kernrohr bis zu einer festgelegten Position in das Bohrgut, z.B. in den Erdboden, getrieben wird. Die Drehbewegung kann zum Erreichen eines schnelleren Vortriebs mit einer axialen Schlagbewegung überlagert werden. Nach dem Erreichen der festgelegten Position wird das Kernrohr aus dem Erdboden herausgezogen, wobei ein an der Unterseite des Kernrohres angeordneter Kernfänger in eine Schließstellung klappt und das im Kernrohr befindliche Bohrgut festhält. Zum Entleeren des Bohrgutes aus dem Kernrohr ist es üblich, den Kerndrehbohrer vom Bohrgestänge zu trennen und zu­ mindest teilweise zu demontieren. Das Entleeren des Kernrohres ist daher ein zeit- und kostenraubender Vorgang, der die Ver­ fügungszeit des Kerndrehbohrers mindert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kerndrehbohrer der gattungsgemäßen Art so zu gestalten daß dieser in kurzer Zeit entleert werden kann und somit seine Verfügungszeit erhöht wird.

Die Aufgabe wird bei einem Kerndrehbohrer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Kernrohr wird hier zum Entleeren nach oben abgeschwenkt, so daß der Bohrkern nach unten herausfal­ len kann. Wenn das Kernrohr nach oben geschwenkt ist, wird die Verspreizung des Bohrkerns selbsttätig aufgehoben. Das Entleeren kann daher ohne Mühe vorgenommen werden. Nach die­ sem Vorgang wird das Kernrohr in seine Betriebsstellung zurück­ geschwenkt. Der Kerndrehbohrer ist somit in kurzer Zeit wieder einsatzfertig. Ein Trennen des Kernrohrs vom Bohrgestänge er­ übrigt sich.

Dieser Vorteil einer hohen Verfügbarkeit des Kerndrehbohrers wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß das Kernrohr mit einem schwenkbar angelenkten und verriegelbaren Deckel versehen ist, auf welchem mittig eine Gestängeverbindung zum Anbringen des Bohrgestänges angeordnet ist.

Zur besseren Drehmoment-Übertragung ist der Deckelrand vorzugs­ weise mit dem Rand des Kernrohres verzahnt. Durch die Verzahnung kann auch eine bessere axiale Kraftübertragung erreicht werden.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Kernfänger aus einem im Innern des Kernrohres koaxial ange­ ordneten Innenring gebildet, der mit Spreizmitnehmern versehen ist, die mit einem Getriebe zur gegenseitigen zwangsweisen Aus­ lösung einer Schwenkbewegung verbunden sind. Beim Umschwenken des Kernrohres klappen die Spreizmitnehmer automatisch in ihre Öffnungsstellung, wodurch der Bohrkern aus dem Kernrohr heraus­ gleiten oder herausfallen kann. Auch Bohrgut, das sich zwischen der Bohrkrone und den Spreizmitnehmern befindet, wird durch die zwangsweise Auslösung der Spreizmitnehmer freigegeben.

Zur Bildung des Getriebes ist es vorteilhaft, daß der Innenring axial beweglich im Kernrohr gelagert ist, daß jeder Spreizmit­ nehmer einen in Schwenkrichtung weisenden Anschlaghebel auf­ weist, der in einer hochgeschwenkten Spreizmitnehmer-Stellung und in der oberen Position des Innenrings in Eingriff mit einer am Innenring angeordneten Schulter steht. In diese Position wird der Innenring beim Einwachsen des Bohrkerns und beim Herausfallen des Bohrkerns beim Entleeren des Kernrohrs ge­ schoben.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Kernrohr zwischen der Bohr­ krone und den Spreizauslegern mit einer Innenschneide versehen ist. Dieses Schneidwerkzeug hat den Vorteil, daß der Bohrkern verkleinert werden kann, so daß er ohne Reibung an den hoch­ geklappten Spreizauslegern in das Kernrohr wachsen kann.

Es sind bevorzugt mehrere Innenschneiden auf dem Kernrohr­ innenmantel verteilt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine teilweise angeschnittene Seitenansicht eines Kerndrehbohrers;

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Kerndrehbohrer nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf einen Kernfänger und

Fig. 4 zeigt schematisch eine Einzelheit des Kerndreh­ bohrers.

Die Fig. 1 veranschaulicht auf der rechten Seite eine Sei­ tenansicht eines Kerndrehbohrers und auf der linken Seite einen Längsschnitt durch diesen Kerndrehbohrer. Der Kerndreh­ bohrer besteht aus einem Kernrohr 10 das verkürzt darge­ stellt ist um die Figur übersichtlich zu gestalten. Am freien Ende des Kernrohres 10 befindet sich eine Bohrkrone 19. Das andere Ende des Kernrohres 10 ist mit einem Deckel 17 ver­ sehen der über ein erstes Gelenk 16 schwenkbar mit dem Kern­ rohr 10 verbunden ist. Die Schwenkachse des ersten Gelenkes 16 verläuft senkrecht und versetzt zur Längsachse des Kern­ rohres 10.

Auf dem Deckel 17 ist mittig ein Gestängeverbinder 20 zur lösbaren Verbindung mit einem Bohrgestänge (nicht dargestellt) angeordnet. Außerdem ist der Deckel 17 mit einem Riegel 21 versehen, der dem Gelenk 16 gegenüberliegend eine lösbare Verbindung zum Kernrohr 10 herstellt. Des weiteren ist der Deckelrand mit dem oberen Rand des Kernrohres 10 zur Dreh­ momentübertragung verzahnt. Dazu sind am Deckelrand zwei radial nach außen abstehende Zähne 36 angeordnet, die in nach oben offene Ausnehmungen 38 im Kernrohr 10 eingreifen (vgl. Fig. 2). Die Zähne 36 übertragen auch den axialen Vorschubdruck auf das Kernrohr 10. Die Verzahnung kann selbst­ verständlich auch mit mehr als zwei Zähnen 36 erfolgen.

Im Innern des Kernrohres 10 ist ein Kernfänger 22 angeordnet. Er besteht aus einer Vielzahl von Spreizmitnehmern, die in dem hier und insbesondere in Fig. 3 gezeigten Beispiel als Klappen 12 ausgebildet sind. Alle Klappen 12 sind gemeinsam auf einem Innenring 11 über jeweils ein zweites Gelenk 13 schwenk­ bar angelenkt. Der Schwenkbereich liegt dabei zwischen der in Fig. 1 gezeigten waagrechten Stellung und einer vertikalen Stellung, in welcher die Klappen 12 parallel zum Zylinder­ mantel des Kernrohres 10 ausgerichtet sind. Die Klappen 12 sind an ihren freien Enden mit krallenartigen Spitzen 14 versehen, die bevorzugt nach unten gerichtet sind. Somit wird in hochgeklappter Position der effektivste Greifwinkel eingenommen.

Der Innenring 11 weist einen U-förmigen Querschnitt mit nach außen gerichteter Öffnung auf. In diese Öffnung greift eine auf dem Kernrohr ausgeformte Schiene 23 ein. Wie aus der Schnittdarstellung deutlich zu entnehmen ist wird der Ab­ stand zwischen den beiden U-Schenkeln des Innenrings 11 nicht vollständig von der Schiene 23 ausgefüllt. Es ist viel­ mehr ein Freiraum 24 vorhanden, der eine begrenzte Bewegung des Innenrings 11 koaxial zum Kernrohr 10 zuläßt.

Ferner sind alle Klappen 12 über ein Getriebe untereinander verbunden. Es besteht aus einer Schulter 25, die auf der Innenseite des Kernrohres 10 umlaufend ausgebildet ist.

Ferner ist jede Klappe 12 mit einem Anschlaghebel 26 verse­ hen, der im wesentlichen senkrecht zur Klappe 12 nach oben ausgerichtet ist. In dem hier dargestellten Beispiel wird der Anschlaghebel 26 durch das Ende einer Versteifungsrippe 27 gebildet die auf der Oberseite der Klappe 12 angeordnet ist. Wenn der Innenring 11 bis zu seinem oberen Anschlag ge­ schoben ist, d.h. wenn der untere U-Schenkel 28 an der Schiene 23 anschlägt und wenn sich die Klappe 12 in vertikaler Position befindet, steht der Anschlaghebel 26 mit der Schul­ ter 25 in Eingriff. Wird anschließend das Kernrohr 10 nach oben bewegt, so drückt die Schulter 25 auf die Anschlaghebel 26 aller Klappen 12 und bewirkt somit, daß alle Klappen 12 nach innen abgespreizt werden.

Zwischen der Bohrkrone 19 und dem Innenring 11 ist auf der Innenseite des Kernrohres 10 eine Innenschneide 15 angeordnet. Die Innenschneide 15 dient dazu die von dem Innenring 11 und den Klappen 12 gebildete Verengung des Kernrohrinnendurchmes­ sers durch ein entsprechendes Abdrehen des Bohrkerns (nicht dargestellt) auszugleichen.

Auf dem Mantel des Kernrohres 10 sind abschnittweise nach außen abstehende Förderwendeln 18 in der Weise angebracht daß der Mantel zumindest entlang einer Mantellinie freige­ halten ist. Diese freien Bereiche sind in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 11 versehen. Sie dienen im Bohrloch als Druck­ ausgleichskanal.

Die Pfeile III kennzeichnen die in Fig. 3 wiedergegebene Ansicht des Kernfängers 22.

In den im folgenden beschriebenen Fig. 2 und 3 sind glei­ che Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß gege­ benenfalls zu ihrer Erläuterung auf die Fig. 1 verwiesen werden kann.

Die Fig. 2 veranschaulicht schematisch, daß das erste Gelenk 16 auf einem kreissegmentförmigem Teil 32 angeordnet ist, das fest mit dem Kernrohr 10 verbunden ist. Die Achse 30 des ersten Gelenks 16 verläuft dabei parallel zur Sehne des Kreissegments. Ferner ist die Gestängeverbindung 20 in Fig. 2 beispielhaft mit einem guadratischen Querschnitt ausgebildet. Das Gegen­ stück des Bohrgestänges muß also eine dementsprechende Verbin­ dungskupplung zum Kerndrehbohrer aufweisen.

Der Riegel 21 besteht im einzelnen aus einem Schließriegel 33 der in radialer Richtung angeordnet ist, und der mit seinem freien Ende in eine Ausnehmung 36 im Kernrohr 10 eingreift. Er ist nach außen mit einer Feder 35 vorgespannt und kann durch ein Betätigungselement 34 gelöst werden. Es dürfte ohne weiteres ersichtlich sein, daß der Riegel 21 nur ein Beispiel für eine lösbare Verbindung zwischen dem Deckel 17 und dem Kernrohr 10 darstellt. Falls es sich als erforder­ lich erweist, kann der Deckel 17 auch an mehreren Punkten mit dem Kernrohr 10 verriegelt sein.

Der Pfeil I veranschaulicht den Längsschnitt, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.

In Fig. 3 ist zugunsten einer übersichtlichen Darstellung das Kernrohr nicht wiedergegeben. Es ist also lediglich eine Aufsicht auf den Kernfänger gezeigt. Alle Klappen 12 befin­ den sich in ihrer waagrechten Position. In dem hier gewählten Beispiel sind die Klappen 12 unterschiedlich lang. Sie weisen ferner auch eine unterschiedliche Formgebung auf. Es liegt jedoch ebenso im Rahmen der Erfindung daß alle Klappen 12 gleichförmig ausgebildet sind, und daß eine symmetrische Klap­ penanordnung vorhanden ist. Im Unterschied zu dem dargestell­ ten Beispiel kann es auch unter bestimmten Betriebsbedingungen auf die weiter unten noch eingegangen wird, vorteilhaft sein, daß der Querschnitt des Kernrohres durch die Klappen 12 voll­ ständig abgedichtet wird. Zwischen den einzelnen Klappen 12 wäre dann also keine Öffnung 37 mehr vorhanden.

Alle Klappen 12 sind an ihrem freien Ende mit mindestens einer Spitze 14 versehen. Vorzugsweise ist diese am freien Ende der Versteifungsrippe 27 angeformt. Wenn eine Klappe 12 beispiels­ weise im wesentlichen schaufelförmig ausgebildet ist, so können an ihrem Rand auch mehrere Spitzen angeformt sein.

Im folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Kern­ drehbohrers anhand der Figuren weiter beschrieben.

Nachdem der Kerndrehbohrer über die Gestängeverbindung 20 mit dem Bohrgestänge verbunden und in das Bohrloch einge­ bracht ist, wird durch eine Rotationsbewegung ein Bohrkern erzeugt, der ins Innere des Kernrohres wächst. Dabei wird er durch die Innenschneide 15 auf einen Durchmesser abge­ dreht, der das Hineinwachsen in den Innenring 11 gewähr­ leistet, ohne daß eine Verklemmung zwischen dem Bohrkern und dem Innenring 11 entsteht. Nachdem der obere Rand des Bohrkerns den Innenring 11 passiert hat, hebt er die Klappen 12 an und schwenkt sie bis etwa 90° nach oben. Gleichzeitig wird dabei der Innenring 11 angehoben, bis der untere U- Schenkel 28 an der Schiene 23 anschlägt. Da der Innenring 11 drehbeweglich gelagert ist, führt er die Drehbewegung des Kernrohres 10 nicht aus. Während des Bohrvorgangs wird das Bohrloch durch die Förderwendeln 18 von Kleinteilen freige­ halten, die nach oben weggefördert werden. Dies ist besonders bei großen Bohrerdurchmessern erforderlich, da ansonsten die Gefahr besteht, daß der Kerndrehbohrer im Bohrloch verklemmt.

Sobald der Bohrkern die gewünschte Länge erreicht hat, wird der Kerndrehbohrer angehoben. Dabei verspreizen sich die Klappen 12 mit dem Bohrkern, wobei die krallenförmigen Spitzen 14 in den Bohrkern eingreifen. Durch die unterschiedliche Aus­ bildung der Klappen 12 nach ihrer Länge und Form kann erreicht werden, daß sich der Kernfänger insgesamt auch an einen un­ gleichförmigen Bohrkern angleicht und diesen sicher und fest greift.

Wie bereits oben beschrieben wurde, genügt es, wenn anfäng­ lich eine einzige Klappe 12 in Eingriff mit dem Bohrkern gelangt. Diese Klappe bewirkt dann über das oben beschriebene Getriebe, daß alle anderen Klappen zwangsläufig in die Spreiz­ stellung gelangen. Diese Wirkung kann noch durch ein Feder­ element unterstützt werden, das beispielsweise aus einem Voll­ gummipuffer besteht, der auf dem Anschlaghebel 26 angeordnet ist und diesen gegen die Schulter 25 vorspannt (nicht dargestellt).

Durch weiteres Anheben des Kerndrehbohrers wird der Bohrkern von der Sohle abgerissen und der Kerndrehbohrer kann an die Erdoberfläche verbracht werden. Durch die von Förderwendeln freien Bereiche 31 wird verhindert, daß sich dabei der Kern­ drehbohrer im Bohrloch festsaugt. Besonders bei großen Bohrer­ durchmessern kann eine ansonsten entstehende Saugwirkung das Hochziehen behindern. Über die Bereiche 31 findet ein Druck­ ausgleich statt.

An der Oberfläche wird der Riegel 21 geöffnet und das Kern­ rohr mit Hilfe eines Hebezeugs (nicht dargestellt) in eine etwa senkrechte Position gekippt, in der die Bohrkrone nach oben weist. Dadurch wird das Kernrohr 10 entleert ohne daß es vom Bohrgestänge getrennt wird. Bei der Kippbewegung verliert die Verspreizung ihre Wirkung.

Für den Fall, daß der Kerndrehbohrer in losem Untergrund ab­ geteuft werden soll, und daher kein zusammenhängender Bohr­ kern erhalten wird, empfiehlt es sich, die Klappen 12 so aus­ zubilden, daß der Kernrohrinnenquerschnitt vollständig ver­ schlossen wird, wenn sich alle Klappen 12 in ihrer abge­ spreizten Position befinden. Dadurch wird praktisch ein ge­ schlossener Behälter erreicht, in dem kleine Gesteinsbrocken und Bohrschmant gefördert werden kann. Es ist auf diese Weise auch möglich, Wasser aus dem Bohrloch zu entfernen.

In Fig. 4 ist in einem Längsschnitt durch den Innenring 11 und das Kernrohr 10 eine lösbare Kupplung gezeigt, mit wel­ cher der Innenring 11 und das Kernrohr 10 wahlweise drehfest verbunden oder drehbeweglich angeordnet werden können. Auf der Innenseite des oberen U-Schenkels 40 des Innenrings 11, sowie auf der gegenüberliegenden Oberseite der Schiene 23 ist jeweils ein Zahnkranz 39 bzw. 41 angeordnet. In der gezeig­ ten Stellung, in der der Innenring 11 auf der Schiene 23 aufliegt, steht der erste Zahnkranz 39 mit dem zweiten Zahn­ kranz 41 in Eingriff. In dieser Position machen der Innenring 11 und die darauf angeordneten Klappen 12 (vgl. Fig. 1 und Fig. 3) die Rotationsbewegung des Kernrohres 10 mit. Ist der Innenring 11 nach oben geschoben, so sind die beiden Zahnkränze außer Eingriff und eine Übertragung des Drehmoments findet nicht statt.

Wie oben bereits beschrieben wurde, hebt der in das Kernrohr 10 einwachsende Bohrkern den Innenring 11 an, so daß die bei­ den Zahnkränze 39, 41 während des eigentlichen Bohrvorgangs außer Eingriff sind. Hat der Bohrkern die gewünschte Höhe er­ reicht, so wird in der oben bereits beschriebenen Weise das Kernrohr angehoben, wobei die Klappen 12 gegen den Bohrkern verpreizt werden. Dadurch wird der Innenring 11 in seiner axialen Lage gehalten und die beiden Zahnkränze können mit­ einander in Eingriff gebracht werden. Durch die anschließende Rotation der Klappen 12 wird der Bohrkern an seinem Fußpunkt abgedreht oder zumindest geschwächt. Dies kann bevorzugt durch kurze Klappen erfolgen, wie sie in Fig. 3 veranschau­ licht sind.

Claims (11)

1. Kerndrehbohrer mit einem Kernrohr, einem im Kernrohr angeordneten Kern­ fänger und mit einer Gestängeverbindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (10) gemeinsam mit dem Kernfänger um eine im wesentlichen horizontale Schwenkachse an der Gestänge­ verbindung (20) angelenkt ist.

2. Kerndrehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse seitlich zur Bohrachse versetzt ist.

3. Kerndrehbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (10) mit einem schwenkbar angelenkten und verriegelbaren Deckel (17) versehen ist, auf welchem mittig die Gestängeverbindung (20) zum Anbringen des Bohrgestän­ ges angeordnet ist.

4. Kerndrehbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Deckels (17) mit dem oberen Rand des Kern­ rohres (10) verzahnt ist.

5. Kerndrehbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kernfänger aus einem im Innern des Kernrohres (10) koaxial angeordneten Innenring (11) besteht, der mit Spreizmitnehmern versehen ist, die mit einem Getriebe zur gegenseitigen zwangsweisen Auslösung einer Schwenkbe­ wegung verbunden sind.

6. Kerndrehbohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Getriebes der Innenring (11) axial beweglich im Kernrohr (10) gelagert ist, daß jeder Spreizmitnehmer einen in Schwenkrichtung wei­ senden Anschlaghebel (26) aufweist, der in einer hoch­ geschwenkten Spreizmitnehmer-Stellung und in der oberen Position des Innenrings (11) in Eingriff mit einer am Innenring (11) angeordneten Schulter (25) steht.

7. Kerndrehbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlaghebel (26) jeweils durch das Ende einer auf der Oberseite einer Klappe (12) angeordneten Ver­ steifungsrippe (27) gebildet wird.

8. Kerndrehbohrer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gummipuffer auf dem Anschlaghebel (26) angeordnet ist.

9. Kerndrehbohrer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (11) einen nach außen offenen U-förmi­ gen Querschnitt aufweist, der mit einer Schiene (23) auf dem Kernrohr (10) in Eingriff steht, und daß die Axialbe­ wegung durch den Abstand zwischen den U-Schenkeln und den Schienenrändern festgelegt ist.

10. Kerndrehbohrer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (10) zwischen einer Bohrkrone (19) und den Spreizmitnehmern mit mindestens einer Innenschneide (15) versehen ist.

11. Kerndrehbohrer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Innenschneiden (15) auf dem Kernrohr-Innen­ mantel verteilt sind.