DE4225439C2 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bohrvorrichtungen, die zur Verwendung im Tunnel- und Stollenbau bestimmt sind und bei denen während des Bohrens von einem Spülmittel Gebrauch gemacht wird, sind in vielfältiger Form bekannt. Das Spülmittel - es kann sich hierbei um Wasser oder auch Luft handeln - wird über den zentralen Strömungskanal der Bohrstange in das Bohrloch eingeführt, tritt aus der Bohrstange bzw. dem Bohrkopf beispielsweise in einem, der Bohrkrone benach­ barten Bereich aus, um auf der Außenseite der Bohrstange in Richtung auf die Bohrlochmündung hin zurückzuströmen. Das Spülmedium ist während dieser Rückströmung mit den, als Folge des Bohrbetriebs gelösten Gesteinspartikeln befrachtet. Im Regelfall sind mehrere Austrittsöffnungen sowohl im Bereich des Bohrkopfes als auch entlang der Bohrstange vorgesehen. Neben der Spülwirkung geht von dem Spülmedium gleichzeitig eine gewisse Kühlwirkung aus.

Solche, im wesentlichen aus einem Bohrkopf und einer Bohrstange bestehende Bohrvorrichtungen werden gegebe­ nenfalls entsprechend der Länge des zu erstellenden Bohrlochs über anschraubbare Verbindungsmuffen und Verlängerungsbohrstangen bis zu der gewünschten Länge verlängert. Zur Förderung des Spülmediums innerhalb des genannten Strömungskanals dient eine bohrlochmündungs­ seitig angeordnete Pumpe bzw. ein Kompressor.

Aus der DE-AS 12 92 602 ist ein hydraulischer Strahl­ drehbohrkopf für harte Gesteinsformationen bekannt, der im Kronenbereich durch eine ebene, mit einer Vielzahl von Austrittsdüsen ausgerüstete Stirnseite gekennzeich­ net ist, welche Düsen mit einer zentralen Längsbohrung des Bohrkopfes in durchgängiger Verbindung stehen. Einige der Düsen weisen eine zur Achse des Bohrkopfes parallele Ausströmrichtung auf. Aus der Stirnseite heraus ragen mehrere Vorsprünge, welche während des Betriebs dieses Strahldrehbohrkopfes eine erforderliche Distanz zwischen der Bohrlochsohle und der genannten Stirnseite bereitstellen, um das über die Düsen austre­ tende Spülmedium optimal zur Wirkung kommen zu lassen. Die Düsen sind jeweils durch Einsatzkörper gekennzeich­ net, die von der Stirnseite, somit von der Außenseite her eingesetzt sind und jeweils Beschleunigungsabschnit­ te für das Spülmedium bilden. Dieser bekannte Bohrkopf verfügt jedoch über keinerlei Schneidkanten oder ver­ gleichbare Funktionselemente und ist ausschließlich zur Ausübung einer Spülwirkung konzipiert.

Aus der US-PS 3 924 698 ist ein weiterer Bohrkopf be­ kannt, der aus einer, an seinem einen Ende angeordneten, eine Vielzahl von Austrittsdüsen aufweisenden Bohrkrone besteht und der an seinem anderen Ende einen zur Ver­ schraubung bestimmten Kupplungsabschnitt aufweist. Die Austrittsdüsen werden durch in Bohrungen eingesetzte Einsatzkörper gebildet, die einen rotationssymmetrischen Aufbau haben und jeweils Beschleunigungsabschnitte bilden. Die Achsen dieser Düsen verlaufen unter Winkeln zur Längsachse des Bohrkopfes, aus dessen Stirnseite heraus schneidkörperartige Vorsprünge herausragen, die den Bohrfortschritt unterstützen. Der gesamte Bohrkopf ist aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt und weist einen relativ komplizierten Aufbau auf. Die genannten Einsatzkörper werden von der Innenseite der jeweiligen Aufnahmebohrungen, somit von dem Innenraum das Bohrkopfes her eingesetzt.

Die durch letztgenannte Bohrköpfe auf das Spülmedium übertragene Energie wird jedoch zu Spülzwecken bzw. zur Unterstützung des Bohrvorgangs aufgrund zahlreicher Verlustquellen nur zu einem sehr kleinen Ausmaß genutzt. Denn die, als einfache Bohrungen des Bohrkopfes bzw. am bohrkopfseitigen Ende der Bohrstange angebrachten Aus­ trittsöffnungen bringen erhebliche Druckverluste mit sich und es wird die Strömungsenergie des Spülmediums in einem vergleichsweise weiten Bereich verteilt. Verlust­ quellen ergeben sich auch aus Undichtigkeiten im Bereich der Verbindungsmuffen, insbesondere aufgrund von Winkel­ verlagerungen der Achsen der einzelnen aneinandergesetz­ ten Bohrstangen.

Aus der DD-PS 30 157 ist ein Düsenmeißel bekannt, der aus einem rohrförmigen Grundkörper besteht, an dessen einem Ende - unter Zwischenanordnung eines Kunstharzkle­ bers eine, einen Beschleunigungsabschnitt bildende Strahldüse aus Sinterkorund eingesetzt ist. Das Quer­ schnittsprofil der Strahldüse wird eingangsseitig, d. h. innerhalb des Grundkörpers über einen Wulst aus dem gleichen Kunstharzkleber komplettiert. Auch dieser Bohrkopf ist mit keinerlei, den Bohrfortschritt unter­ stützenden Schneidkanten oder dergleichen ausgerüstet.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Bohrvor­ richtung der eingangs bezeichneten Gattung in einfacher Weise dahingehend auszugestalten, daß der Bohrvorgang über das Spülmedium wirksam unterstützt werden kann. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Der Strömungskanal der Bohrstange geht im Bereich des Bohrkopfes in einen Beschleunigungsabschnitt über, der ausgangsseitig die Ausströmöffnung bildet. Als Beschleu­ nigungsabschnitt kann eine Strömungsstrecke herangezogen werden, die beispielsweise durch eine kontinuierliche Querschnittsverringerung charakterisierbar ist, wobei die Querschnittsgestaltung innerhalb des Beschleuni­ gungsabschnitts dahingehend bemessen ist, daß sich geringstmögliche Druckverluste des strömenden Spülmedi­ ums ergeben. Erreicht wird auf diese Weise, daß die über das Spülmedium übertragene Energie möglichst verlustarm in kinetische Energie umgewandelt wird. Diese kinetische Energie wird im Bereich einer Ausströmöffnung zusammenge­ faßt, welche sich vorzugsweise im Bereich der Bohrkrone befindet. Es wird mit anderen Worten durch die besondere Gestaltung des Strömungskanals im Bereich des Bohrkopfes eine Bündelung der mit dem Spülmedium übertragenen Energie und eine möglichst effektive Unterstützung des Bohrvorgangs erreicht. Die Ausströmöffnung des Beschleu­ nigungsabschnitts ist vorzugsweise zentral angeordnet und weist eine axiale Abströmrichtung auf. Es ist die Ausströmöffnung auf diese Weise den Schneidkanten oder sonstigen Schneidorganen der Bohrkrone unmittelbar benachbart angeordnet und das Spülmedium entwickelt seine Wirkung somit primär unmittelbar auf der Bohrloch­ sohle. Die Bohrkrone ist zweckmäßigerweise im peripheren Bereich in an sich bekannter Weise mit radialen Ausneh­ mungen versehen, um ein Abströmen des mit Gebirgsparti­ keln befrachteten Spülmediums zu erleichtern. Der Be­ schleunigungsabschnitt besteht erfindungsgemäß aus einem besonderen, aus Kunststoff bestehenden einstückigen Einsatzteil, welches die der Beschleunigung des Spülme­ diums dienenden Strömungsabschnitte umfaßt. Ein solches Einsatzteil ist als ein vergleichesweise preiswert herstellbares Massenprodukt anzusehen, welches zum Einsetzen in die Bohrstange bzw. den Bohrkopf bestimmt ist. Auf diese Weise erübrigt sich die Herstellung beispielsweise konischer Querschnittsverläufe durch eine dementsprechende zerspanende Metallbearbeitung. Das Einsatzteil kann von seiner geometrischen Gestalt her exakt an diejenige der zentralen Spülbohrung einer Bohrkrone oder die Innenabmessungen der Bohrstange angepaßt werden. Der Strömungsabschnitt des Einsatzteils kann wiederum in einfacher Weise unmittelbar während der Herstellung des Einsatzteils, welches beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen kann, ge­ formt werden. Es ist das Einsatzteil im übrigen an den Innenwandungen des Bohrkopfes in geeigneter Weise fest­ gelegt. Diese Festlegung erfolgt entsprechend den abso­ luten Längenabmessungen des Einsatzteils an den Innen­ wandungen der zentralen Bohrung des Bohrkopfes bzw. der Bohrkrone und/oder denjenigen des der Bohrkrone benach­ barten Bohrstangenabschnitts. Die Art der Festlegung kann grundsätzlich beliebig erfolgen. Besonders einfach kann beispielsweise das Einsatzteil mit einem Außenge­ winde versehen sein, welches mit dem Innengewinde des Bohrstangenabschnitts im Eingriff steht. Alternativ hierzu können jedoch an der Außenseite des Einsatzteils Profilierungen beliebiger Art vorgesehen sein, die der reibschlüssigen Festlegung des Einsatzteils dienen.

Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf unterschied­ liche Varianten der Ausbildung des Bohrkopfes gerichtet. Dieser kann mit der Bohrstange verschraubt oder auch verschweißt sein und es ist die Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Prinzips somit unabhängig von der Art der Verbindung des Bohrkopfes mit der Bohrstange.

Die Ausgestaltung des Querschnittsverlaufs des Beschleu­ nigungsabschnitts kann entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 7 auf recht unterschiedliche Weise erfolgen. Im einfachsten fall ergibt sich ein konischer Querschnittsverlauf ausgehend von einem Eintritts- bis zu einem Austrittsquerschnitt. In Betracht kommen jedoch auch andere Arten der Verengung des Strömungsquer­ schnitts - in Richtung auf den Austrittsquerschnitt hin gesehen. Weitere Varianten betreffen die Vorsehung unterschiedlicher Abschnitte innerhalb des Beschleuni­ gungsabschnitts, so z. B. eine Kombination zylindrischer mit konischen oder sich in sonstiger Weise verjüngenden Abschnitten. Die Wahl der Querschnittsgestaltung erfolgt ausschließlich unter dem Aspekt, eine möglichst verlust­ arme Strömung einzustellen. Die offenbarten Bereiche der Durchmesserverhältnisse sowie der Konizitätswinkel haben sich in diesem Zusammenhang als bevorzugte Bereiche erwiesen.

Die Merkmale der Ansprüche 10 bis 15 sind auf eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Beschleunigungsab­ schnitts gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes im Axial­ schnitt;

Fig. 2 eine Darstellung einer Variante des Strömungska­ nals eines Bohrkopfes im Axialschnitt;

Fig. 3 eine Darstellung eines anderen Ausführungsbei­ spiels eines Bohrkopfes im Axialschnitt;

Fig. 4 eine Darstellung einer Ansicht eines zur Verwen­ dung bei Bohrstangen, Injektionsbohrankern und derglei­ chen bestimmten Einsatzteils;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer besonders vorteil­ haften Form des Beschleunigungsabschnitts eines erfin­ dungsgemäßen Bohrkopfes.

Mit 1 ist in Fig. 1 eine axial vergleichsweise kurz ausgebildete plattenartige Bohrkrone bezeichnet, die auf ihrer, der Bohrlochsohle zugekehrten Seite mit Schneid­ kanten 2 versehen ist, die jedoch nur schematisch ange­ deutet sind. Die Bohrkrone 1 besteht aus Hartmetall und steht mit einer Bohrstange 3 in fester, beispielsweise geschweißter Verbindung.

Die Bohrkrone 2 weist einen größeren Außendurchmesser als die Bohrstange 3 auf.

Es ist die Bohrstange 3 über ihre gesamte Länge mit einen gleichförmigen Außengewinde versehen, welches in an sich bekannter, hier nicht näher zu erläuternder Weise der Ankupplung von Verlängerungsbohrstangen, jedoch auch eines Bohrantriebs sowie einer Pumpe bzw. eines Kompressors zur Förderung eines Spülmediums dient. Es kann die unmittelbar an der Bohrkrone 1 angebrachte Bohrstange 3 auch vergleichsweise kurz ausgebildet sein, so daß die aus der Bohrkrone 1 und dem an dieser ange­ brachten Bohrstangenelement 3 bestehende Baueinheit auch als Bohrkopf angesehen werden kann, der über eine Verbindungsmuffe mit einer sich ausschließenden Bohrstan­ ge verschraubbar ist.

Die Bohrstange 3 bzw. das Bohrstangenelement 3 kann innenseitig ebenfalls über ihre bzw. seine gesamte Länge mit einem gleichförmigen Gewinde, hier einem angedeuteten Rundgewinde versehen sein und es dient diese Maßnahme der Verwendung solcher Kupplungselemente zwecks Verlän­ gerung der Bohrstange, über welche die miteinander zu verbindenden Bohrstangenenden nicht außenseitig, sondern innenseitig verschraubt werden. Auf diese an sich be­ kannte Technik soll hier ebenfalls nicht näher eingegan­ gen werden. In jedem Fall besteht die Bohrstange 3 mit ihren außen- und/oder innenseitigen Gewinden aus vor­ zugsweise kalt gewalztem Stahl.

Mit 4 ist der - sieht man von dem Innengewinde ab - im wesentlichen zylindrische zentrale Strömungskanal der Bohrstange bezeichnet, der bestimmungsgemäß der Führung des Spülmediums dient, welches während des Bohrbetriebs in Richtung des Pfeiles 5 strömt, über eine zentrale axial orientierte Öffnung 6 der Bohrkrone 1 austritt, das als Folge des Bohrvorgangs gelöste Gesteinsmaterial aufnimmt, die Bohrkrone 1 umströmt und dieses anschlie­ ßend entlang der Außenseite der Bohrstange 3 in Richtung auf die Bohrlochmündung hin ausspült. Als Spülmedium kommt grundsätzlich Wasser, jedoch auch Luft in Betracht.

Der Strömungskanal 4 ist an seinem, der Bohrkrone 1 benachbarten Ende in zwei aufeinander folgenden, konisch gestalteten Bohrungsabschnitten 7, 7′ unterschiedlicher Konizität bis zu der Öffnung 6 fortgeführt und es sind außer der Öffnung 6 keine weiteren Ausstrittsöffungen in der Bohrkrone 1 bzw. der Bohrstange 3 vorgesehen.

Die beiden, auf den Strömungskanal 4 folgenden Bohrungs­ abschnitte 7, 7′ bilden einen Beschleunigungsabschnitt und sind in dem, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel derart beschaffen, daß der, dem Strömungskanal 4 unmit­ telbar benachbarte Bohrungsabschnitt 7 eine größere Konizität als der sich anschließende Bohrungsabschnitt 7′ aufweist. Die Gesamtlänge 8 des Beschleunigungsab­ schnitts sowie die Längen 8′, 8′′ der jeweils einzelnen Bohrungsabschnitte sind dahingehend bemessen, daß die Durchströmung des Beschleunigungsabschnitts durch ge­ ringstmögliche Druckverluste gekennzeichnet ist. Soweit dieses Ziel erreicht wird, kann der Querschnittsverlauf bei gegebenem Eintrittsquerschnitt 9 und Austrittsquer­ schnitt 6′ der Öffnung 6 beliebig bemessen sein. Bevor­ zugte Werte des Verhältnisses der Durchmesser von Ein­ gangsquerschnitt und Ausgangsquerschnitt liegen bei etwa 2 : 1 bis 4 : 1.

Es ist für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Bohrkopfes belanglos, auf welche Weise der Beschleuni­ gungsabschnitt hergestellt worden ist.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Beschleunigungsab­ schnitts, und zwar dahingehend, daß dieser sich ausge­ hend von einem Eintrittsquerschnitt 9′ entsprechend einer konstanten Konizität bis zu der Öffnung 6 bzw. dem Austrittsquerschnitt 6′ erstreckt. Die Konizität bzw. das Verhältnis der Querschnittsflächen von Eintrittsquer­ schnitt 9′ und Austrittsquerschnitt 6′ sowie die Gesamt­ länge 8 des Beschleunigungsabschnitts sind nach gleichen Kriterien wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bemessen.

Die Gesamtlänge 8 kann bei Bohrstangen üblichen Durch­ messers vorzugsweise etwa 3 cm bis 10 cm betragen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Bohrkopfes zielt darauf ab, im Bereich der Öffnung 6 der Bohrkrone 1, somit bohrlochmündungsseitig ein hohes Ausmaß an kine­ tischer Energie des Spülmediums bereitzustellen, um den Bohrvorgang wirksam zu unterstützen. Es soll mit anderen Worten die entsprechend der Art des Spülmediums durch eine Pumpe oder einen Kompressor auf dieses übertragene Energie im Bereich des Bohrkopfes möglichst verlustarm teilweise in kinetische Energie umgewandelt werden. Das die Bohrkrone außenseitig überströmende Spülmedium bewirkt gleichzeitig eine Kühlung und trägt zur Ver­ schleißminderung bei. Wesentlich ist, daß die gesamte, über das Spülmedium geführte Energie, soweit sie als kinetische Energie zur Unterstützung des Bohrvorgangs herangezogen wird, ausschließlich über die zentrale Spülbohrung der Bohrkrone 1 austritt, somit in diesem Bereich zusammengefaßt und gebündelt wirksam wird. Handelt es sich beispielsweise bei dem Bohrkopf beste­ hend aus einer Bohrkrone 1 und einem kurzen, an diesem angeschweißten Bohrstangenelement um einen aufschraubba­ ren Bohrkopf, kann die komplette Bohrvorrichtung aus diesem Bohrkopf und einer oder mehreren, untereinander gleich beschaffenen, über Verbindungsmuffen gekuppelten Bohrstangen bestehen, die vorzugsweise jeweils aus kalt gewalztem Stahl bestehen und über ihre Außen- und/oder Innenseite - über ihre gesamte Länge - mit Gewinde oder einer sonstigen Profilierung versehen sind.

Fig. 3 zeigt eine, insbesondere unter herstellungstech­ nischen Gesichtspunkten besonders vorteilhafte Ausge­ staltung eines Bohrkopfes, der wiederum aus einer axial vergleichsweise kurzen plattenartigen Bohrkrone 10 und einem ebenfalls kurzen Bohrstangenelement 11 besteht, welches an der Bohrkrone 10 angeschweißt ist. Das Bohr­ stangenelement 11 kann hinsichtlich seiner Außen- und Innenseiten in gleicher Weise wie die Bohrstange 3 gemäß Fig. 1 beschaffen sein, d. h. über ihre gesamte axiale Länge mit einem Außen- und/oder Innengewinde ausgerüstet sein. Die Bohrkrone 10 ist mit einer zentralen axial gerichteten zylindrischen Bohrung 12 versehen und es ist das Bohrstangenelement 11 koaxial zu dieser Bohrung 12 angeordnet. In Abweichung von Fig. 1 weist jedoch das Bohrstangenelement 11 einen - sieht man von dem Vorhan­ densein eines Innengewindes ab - zylindrischen Strö­ mungskanal 13 auf, so daß sich in Anbetracht der Innen­ durchmesserverhältnisse des Strömungskanals 13 einer­ seits und der Bohrung 12 andererseits auf der, dem Bohrstangenelement zugekehrten Seite der Bohrkrone 10 eine Kreisringfläche 14 ergibt, die radial außenseitig durch den Innenradius des Bohrstangenelements 11 und radial innenseitig durch den Außenradius der Bohrung 12 begrenzt ist. Ein Vorteil dieses Bohrkopfes besteht darin, daß dieser aus Standardbauteilen zusammengesetzt ist, die ihrerseits einfach herstellbar sind und insbe­ sondere keine aufwendige Bearbeitung benötigen.

Um in analoger Weise wie bei den Gegenständen der Fig. 1 und 2 den Strömungskanal innerhalb des Bohrkopfes im Sinne eines Beschleunigungsabschnitts auszugestalten, ist ein Einsatzteil 15 vorgesehen, welches im montierten Zustand koaxial zu der gemeinsamen Achse 16 der Bohrung 12 und des Strömungskanals 13 angeordnet ist. Das Einsatz­ teil 15 ist einstückig ausgebildet und besteht aus einem geeigneten, z. B. thermoplastischen Kunststoff. Es ist global aus zwei zylindrischen, zueinander koaxialen Teilen 17, 17′ zusammengesetzt, wobei das erstgenannte Teil 17 zum im wesentlichen spielfreien Einfügen in die Bohrung 12 und das Teil 17′ zum entsprechenden Einfügen in den Strömungskanal 13 bestimmt ist. Der Außendurchmes­ ser des Teils 17′ entspricht somit im wesentlichen dem Innendurchmesser des Bohrstangenelements 11. Wesentlich ist, daß das Einsatzteil 15 zwei aufeinanderfolgende, im Querschnitt konisch verlaufende Bohrungsabschnitte 18, 18′ aufweist, deren Zweckbestimmung in der Bereitstel­ lung des Beschleunigungsabschnitts besteht. Die Konizi­ täten der Bohrungsabschnitte 18, 18′, der Eintrittsquer­ schnitt 20, der Zwischenquerschnitt 20′ und der Quer­ schnitt der Austrittsöffnung 20′′ sind demzufolge mit Hinblick auf das letztgenannte Zielkriterium hin bemes­ sen. Es können naturgemäß anstelle der Bohrungsabschnit­ te 18, 18′ auch sonstige, eine Querschnittsverminderung in Richtung auf den Austrittsquerschnitt hin bewirkende Querschnittsverläufe eingesetzt werden. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang lediglich die möglichst verlust­ arme Umwandlung eines Teiles der über das strömende Spülmedium übertragenen Energie in kinetische Energie.

Der Einsatzkörper 15 kann bei Vorhandensein von Innenge­ winde innerhalb des Bohrstangenelements 11 in dieses eingeschraubt sein, so daß sich ein sicherer Sitz des­ selben ergibt. Insbesondere bei innenseitig glatten Bohrstangenelementen 11 kann - wie Fig. 4 zeigt - das Einsatzteil 15′ auch mit einem außenseitigen Ringrillen­ profil versehen sein, wodurch eine gewisse Elastizität bereitgestellt wird, so daß sich bei der Montage ein reibschlüssiger Verbund mit der Innenseite des Bohrstan­ genelements 11 ergibt. Zur Herstellung eines solchen Verbundes kann das Einsatzteil 15′ naturgemäß mit belie­ bigen außenseitigen Profilierungen, Klemmelementen und dergleichen versehen sein. Wesentlich ist, daß bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 3 das aus Kunststoff bestehende Einsatzteil 15 relativ preiswert hergestellt werden kann und daß auch bei den übrigen Komponenten des Bohrkopfs von Standardbauteilen wie plattenartigen Bohrkronen und rohrartigen Bohrstangen Gebrauch gemacht werden kann, so daß sich keine Notwendigkeit ergibt, konische Bohrungen oder sonstige, geometrisch komplizier­ te Formen erstellen zu müssen.

Fig. 4 läßt außerdem eine abgewandelte Form des Beschleu­ nigungsabschnitts erkennen, der aus drei, aufeinander folgenden Bohrungsabschnitten 19, 19′, 19′′ besteht, nämlich einem ersten konischen 19, einem sich anschließen­ den zylindrischen 19′ und einem sich wiederum anschließen­ den konischen 19′′.

Der Einsatzkörper kann grundsätzlich auch derart ausge­ legt sein, daß er sich nur innerhalb der Bohrkrone oder des bohrkronennahen Bereichs des angrenzenden Bohrstan­ genelements erstreckt.

Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf eine Anmerkung bei Bohrvorrichtungen beschränkt. Er kann gleichermaßen mit Vorteil auch bei Injektionsbohrankern bzw. selbst­ bohrenden Gebirgsankern Verwendung finden.

Fig. 5 zeigte eine besonders vorteilhafte Form des innerhalb der Bohrkrone verlaufenden einen Beschleuni­ gungsabschnitt bildenden Strömungskanals. Dieser Strö­ mungskanal kann in einen Einsatzkörper, beispielsweise von der in Fig. 4 gezeigten Art eingeformt sein - er kann jedoch gleichermaßen auch unmittelbar in die Struk­ tur einer Bohrkrone, insbesondere einer kurzen platten­ artigen Bohrkrone eingebunden sein.

Wesensmerkmal des durch einen Eintrittsquerschnitt 21 und einen Austrittsquerschnitt 22 gekennzeichneten Strömungskanal gemäß Fig. 5 sind zwei Abschnitte, nämlich ein erster, sich in Richtung auf den Austrittsquerschnitt 22 verjüngender Abschnitt 23 und ein zweiter, sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 24 hin erweitern der Abschnitt.

Die Gesamtlänge des in Fig. 5 gezeigten Beschleunigungs­ abschnitts kann beispielsweise 4 cm bis 10 cm betragen.

Der erstgenannte Abschnitt 23 verjüngt sich bis zu einem Zwischenquerschnitt 25, welcher der Stelle kleinsten Querschnitts entspricht. Der Strömungskanal ist insgesamt rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 26 ausge­ bildet und die Wandungen des Abschnitts 23 werden - in der Darstellung des in Fig. 5 gezeigten Axialschnitts - durch Bogenelemente von Ellipsen gebildet. Die Durchmesser der Querschnitte des Eintrittsquerschnitts 21 und des Zwischenquerschnitts 25 verhalten sich vorzugsweise wie 3 : 1.

Der Konizitätswinkel 27 kann vorzugsweise 2° betragen. Die Länge 28 des zweiten Abschnitts 24 kann derart bemessen sein, daß sich der Durchmesser des Austritts­ querschnitts 22 zu demjenigen des Zwischenquerschnitts 25 wie 1,25 : 1 verhält. Bei einem in diesem Sinne ausgebildeten Strömungskanal, mit einem, durch ein Durchmesserverhältnis von Eintrittsquerschnitt 21 und Zwischenquerschnitt 25 von 3 : 1 gekennzeichneten Ab­ schnitt 23 ergibt sich bei einem Eingangsdruck von 6 bar, einem Durchmesser des Zwischenquerschnitts 25 von 6 mm und einem Abschnitt 23, dessen Wandungen - in einem Axialschnitt gesehen - durch Bogenelemente von Ellipsen gekennzeichnet sind, ein Durchfluß von 2,4 m³/min. Wird der Durchmesser auf 8 mm erhöht, ergibt sich bei dem gleichen Druck ein Durchsatz von 4,0 m³/min.

Mit einem Strömungskanal von der in Fig. 5 gezeigten Art ist eine besonders verlustarme Energieumsetzung möglich.

Claims (15)

1. Bohrvorrichtung bestehend zumindest aus einer, mit einem zentralen durchgehenden Strömungskanal (4, 13) versehenen Bohrstange (3, 11) und einem mit einer zentralen, eine axiale Ausströmungsrichtung aufwei­ senden Austrittsöffnung versehenen Bohrkopf,
wobei die Bohrstange (11) an ihrem dem Bohrkopf abgekehrten Ende mit einer Verbindungsmuffe für eine Verlängerungsstange oder einem Bohrantrieb und/oder einer Fördereinrichtung für ein Spülmedium kuppelbar ist,
wobei der Strömungskanal (4, 13) an seinem dem Bohr­ kopf zugekehrten Ende in einem in einer Austritts­ öffnung endenden Beschleunigungsabschnitt fortgeführt ist,
wobei der Beschleunigungsabschnitt durch ein rota­ tionssymmetrisches Einsatzteil (15, 15′) gebildet ist, welches zum Einsetzen in den Bohrkopf bestimmt und ausgestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Bohrkopf eine axial kurze, plattenartige, mit Schneidkanten (2) ausgerüstete Bohrkrone (1, 10) aufweist,
• - daß an der Bohrkrone (1, 10) ein Bohrstangenab­ schnitt (3, 11) unlösbar angebracht ist,
• - daß die Bohrkrone (1, 10) mit einer zentralen, axial gerichteten, sich koaxial zu dem Bohrstangenelement (11) erstreckenden Bohrung (12) ausgerüstet ist,
• - daß der Strömungskanal (13) des Bohrstangenelements (11) zylindrisch ausgebildet ist und an seinem, der Bohrkrone (1, 10) zugekehrten Ende eine Kreisring­ fläche (14) bildet,
• - daß das Einsatzteil (15, 15′) aus Kunststoff besteht,
• - daß der Beschleunigungsabschnitt querschnittsmäßig eingangsseitig dem Querschnitt des Strömungskanals (4, 13) im wesentlichen entspricht und
• - daß das Einsatzteil (15, 15′) an den Innenwandungen des Bohrstangenelements (11) und/oder der Bohrung (12) der Bohrkrone (1, 10) festlegbar ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß der Bohrkopf mit der Bohrstange verschraubt ist.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß der Bohrkopf mit der Bohrstange verschweißt ist.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Verhältnis der Durchmesser von Eintritts­ querschnitt (9, 20) und Austrittsquerschnitt des Beschleunigungsabschnitts in dem Bereich von 1,5 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise von 2 : 1 bis 4 : 1 liegt.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Beschleunigungsabschnitt aus wenigstens zwei aufeinander folgenden Bohrungsabschnitten (7, 7′; 18, 18′; 19, 19′, 19′′) zusammengesetzt ist und
• - daß wenigstens einer der Bohrungsabschnitte eine sich in Richtung auf die Austrittsöffnung (6′) hin verjüngende Querschnittsgestaltung aufweist.

6. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Beschleunigungsabschnitt zur Gänze einen konischen, sich in Richtung auf die Austrittsöff­ nung hin verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist.

7. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Konizitätswinkel in dem Bereich von 1° bis 9°, vorzugsweise zwischen 1° und 5° liegt.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Einsatzteil aus zwei, jeweils zum außensei­ tig im wesentlichen dichten Einsetzen in die Boh­ rungen der Bohrkrone einerseits und des Bohrstan­ genabschnitts andererseits bestimmten, im wesentli­ chen zylindrischen Teilen (17, 17′) bestehendes Bauteil ausgestaltet ist.

9. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Einsatzteil als in den der Bohrkrone benachbarten Bohrstangenabschnitt einsetzbares Bauteil ausgestaltet ist.

10. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 1 bis 3 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Beschleunigungsabschnitt aus zwei aufeinan­ der folgenden Abschnitten (23, 24) besteht,
• - daß der eintrittsseitige oder erste Abschnitt (23) einen ausgehend von einem Eintrittsquerschnitt (21) bis zu einem Zwischenquerschnitt (25) sich verjüngenden Verlauf aufweist und
• - daß der austrittsseitige Abschnitt (24) einen ausgehend von dem Zwischenabschnitt (25) bis zu einem Austrittsquerschnitt (22) sich erweiternden Verlauf aufweist.

11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß - in einem Axialschnitt gesehen - die Wandungen des Abschnitts (23) durch Kurvenelemente von Kegelschnitten wie Ellipse, Parabel oder Hyperbel gebildet werden.

12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der austrittsseitige Abschnitt (24) einen konischen Verlauf aufweist.

13. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Verhältnis der Durchmesser von Austritts­ querschnitt (22) und Zwischenquerschnitt (25) in dem Bereich von 1,03 : 1 bis 1,4 : 1, vorzugsweise in dem Bereich von 1,1 : 1 bis 1,3 : 1 liegt.

14. Bohrvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Konizitätswinkel (27) des austrittsseitigen Abschnitts 0,5° bis 5°, vorzugsweise 2° beträgt.

15. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Verhältnis des Durchmessers von Eintritts­ querschnitt (21) und Zwischenquerschnitt (25) in dem Bereich von 1,5 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise in dem Bereich von 2 : 1 bis 4 : 1 liegt.