DE4225806C1 - Bohreinsatz für ein Großlochbohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohreinsatz für ein Groß­ lochbohrgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Großlochbohrgeräte werden beispielsweise für die Her­ stellung von Bohrpfählen für Gebäudegründungen oder Abdichtungen eingesetzt. Sie haben in der Regel Bohr­ rohre mit einem Durchmesser von über 1 m. Bei einem derartigen Großlochbohrgerät ist am unteren Ende des Bohrers eine Ringbohrkrone angeordnet, die das Bohrloch vortreibt, wenn das Bohrrohr drehend angetrieben ist. Wenn die Bohrvorrichtung im Bohrloch auf härteres Gestein trifft, ist ein drehendes Weiterbohren nur mit der Bohrkrone des Bohrrohrs nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohr­ einsatz für ein Großlochbohrgerät zu schaffen, der leicht niedergebracht werden kann und ein Vorschieben des Bohrrohres auch bei härterem Gestein ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Der erfindungsgemäße Bohreinsatz kann in ein Bohrrohr eingeführt und mit der Spannvorrichtung im Innern des Bohrrohrs zentriert werden. Bei Zentrierung der Spann­ vorrichtung im Bohrrohr nimmt der Werkzeugträger eine exzentrische Position in Bezug auf das Bohrrohr ein, wobei das Bohrwerkzeug in den Bereich vor der Ring­ bohrkrone eindringt. Wird nun der Bohreinsatz oder das Bohrrohr gedreht und der Tieflochhammer in Funktion gesetzt, dann wird das Bohrwerkzeug in kreisende Bewegung in Bezug auf die Längsachse des Bohrrohrs ver­ setzt, wobei es gleichzeitig Schläge auf die Bohrloch­ sohle ausüben kann, um das Gestein zu zertrümmern. In das Bohrrohr wird also ein Werkzeugträger, z. B. ein Tieflochhammer, mit Bohrwerkzeug eingesetzt, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als derjenige des Bohrrohrs. Das Bohrwerkzeug bearbeitet infolge seiner um die Achse des Bohrrohrs kreisenden Bewegung die gesamte Bohrlochsohle auf einem Flächenbereich dessen Durchmesser mindestens gleich demjenigen der Ring­ bohrkrone des Bohrrohrs ist. Wenn anschließend wieder in einfacherem Boden gearbeitet wird, kann der Bohr­ einsatz aus dem Bohrrohr herausgezogen werden. Hierzu wird die Spannvorrichtung radial eingezogen, so daß sie sich nicht mehr an dem Bohrrohr abstützt. Die Quer­ schnittsabmessung der Spannvorrichtung, einschließlich derjenigen des dem gegenüber seitlich vorstehenden Bohrwerkzeugs, ist im eingezogenen Zustand der Spann­ vorrichtung kleiner als die Innenweite des Bohrrohrs, so daß der gesamte Einsatz aus dem Bohrrohr heraus­ gezogen werden kann. Auch das Einbringen des Einsatzes in das Bohrrohr erfolgt bei eingezogener Spannvor­ richtung.

Die Spannvorrichtung weist vorzugsweise zwei zusammen­ wirkende Keilelemente auf, die relativ zueinander axial bewegbar sind. Die axiale Bewegung der Keilelemente kann durch Schwerkraftwirkung in Verbindung mit An­ schlägen erfolgen oder auch durch hydraulische oder pneumatische Antriebe. Anstelle einer Keilvorrichtung kann auch beispielsweise eine Scherenvorrichtung oder Hebelvorrichtung als Spannvorrichtung verwendet werden.

Der Bohreinsatz kann bei nicht-drehendem Bohrrohr arbeiten, wenn die Spannvorrichtung innerhalb des Bohrrohrs drehbar ist. Zu diesem Zweck kann die Spann­ vorrichtung an ihrem Umfang mit Rollen oder Gleit­ elementen versehen sein, die die Drehung der Spann­ vorrichtung zulassen, gleichzeitig den Werkzeugträger jedoch in einer Exzenterposition in Bezug auf die Bohrrohrachse halten.

Es ist auch möglich, den Bohreinsatz mit drehendem Bohrrohr zu benutzen, wenn die Spannvorrichtung sich im ausgefahrenen Zustand am Bohrrohr verkrallt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Bohr­ einsatz in Verbindung mit Bohrrohren unterschiedlicher Durchmesser benutzt werden kann. Es ist also keine individuelle Anpassung des Bohreinsatzes an ein be­ stimmtes Bohrrohr erforderlich.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Bohrrohr mit einem darin befindlichen Bohreinsatz während des Niederbringens des Bohreinsatzes zur Bohrloch­ sohle,

Fig. 2 den Bohreinsatz von Fig. 1 während des Bohrens mit Hilfe des inneren Bohrwerkzeugs,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 2 und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Schirmes zur Einleitung von zurückströmendem Spülmedium und Bohrgut in die Rückführleitung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Bohrloch 10 dargestellt, das von einem drehend angetriebenen Bohrrohr 11 herge­ stellt wird. Am unteren (vorderen) Ende des Bohrrohrs 11 befindet sich die Ringbohrkrone 12, die gegen die Bohrlochsohle gedrückt werden kann. Das Bohrloch, das zunächst unter ausschließlicher Verwendung des Bohr­ rohres 11 hergestellt wird, kann mit einem Schnecken­ bohrer oder Kübelbohrer, der in das Bohrrohr 11 hinab­ gelassen wird, ausgebohrt werden.

Zum Weiterbohren bei felsigem Gestein dient der Bohr­ einsatz 13, der in das Bohrrohr 11 abgesenkt werden kann. Der Bohreinsatz 13 weist als Werkzeugträger einen im wesentlichen zylindrischen Tieflochhammer 14 auf, an dessen vorderen Ende das Bohrwerkzeug 15 angebracht ist, das hier als zentrische Innenbohrkrone ausgebildet ist. Anstelle einer Vollbohrkrone könnte auch bei­ spielsweise ein Ringmeißel verwendet werden. Der Tief­ bohrhammer 14 übt mit einem (nicht dargestellten) Kolben Schläge auf das rückwärtige Ende des Schafts des Bohrwerkzeugs 15 auf.

Der Tieflochhammer 14 ist an der Spannvorrichtung 16 befestigt. Die Spannvorrichtung 16 besteht aus einem ersten Keilelement 17 und einem zweiten Keilelement 18, welches mit dem Tieflochhammer 14 verbunden ist. Die beiden Keilelemente 17 und 18 haben zusammenwirkende Keilflächen 19, die schräg zur Achse des Tiefloch­ hammers 14 bzw. zur Achse des Bohrrohrs 11 verlaufen. Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind die beiden Keil­ elemente 17 und 18 durch eine schwalbenschwanzförmige Verbindung 20 in gegenseitigem Eingriff, so daß die Keilflächen nicht auseinanderbewegt werden können. Das Keilelement 17 verjüngt sich nach oben hin und das Keilelement 18 verjüngt sich nach unten. Die Außen­ fläche 17a des Keilelements 17 folgt annähernd dem Innenumfang des Bohrrohrs 11 und die Außenfläche 18a des Keilelements 18 folgt ebenfalls annähernd dem Um­ fangsverlauf des Bohrrohrs 11.

Fig. 1 zeigt die Spannvorrichtung 16 im zusammen­ gezogenen Zustand. Hierbei befinden sich beide Keil­ elemente 17 und 18 etwa auf gleicher Höhe. Am unteren Ende des Keilelements 18 ist ein Anschlag 21 vor­ gesehen, der unter das Keilelement 17 greift und ver­ hindert, daß das Keilelement 17 tiefer absinkt als das Keilelement 18. Der Anschlag 21 begrenzt die Einfahr­ stellung der Spannvorrichtung 16 und bewirkt, daß beim Hochziehen des Keilelements 18 das Keilelement 17 mit­ genommen wird.

An dem Keilelement 17 ist ein weiterer Anschlag 22 vor­ gesehen, der gegen die Ringbohrkrone 12 stößt und die Abwärtsbewegung des Keilelements 17 im Bohrrohr 11 be­ grenzt.

An den Umfangsflächen der Keilelemente 17 und 18 be­ finden sich Abstützelemente 23 und 24, die hier als Rollen mit vertikalen Achsen ausgebildet sind und die zur Abstützung des jeweiligen Keilelements an dem Bohrrohr 11 dienen, um die Spannvorrichtung im Bohrrohr zu zentrieren. Da der Tieflochhammer 14 in der Spann­ vorrichtung 16 exzentrisch montiert ist, befindet er sich bei zentrierter Spannvorrichtung außermittig zum Bohrrohr.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, füllt die Spannvorrich­ tung 16 den Querschnitt des Bohrrohrs 11 nicht aus. Diese Spannvorrichtung ist im Querschnitt streifen­ förmig, so daß beidseitig von ihr im Bohrrohr 11 Durchlässe 26 für rückströmendes Spülmedium und Bohrgut vorhanden sind.

Die Spannvorrichtung 16 weist eine Aufhängevorrichtung 27 auf, die am oberen Ende des Keilelements 18 ange­ bracht ist und an der ein Seil befestigt werden kann, um den Bohreinsatz 13 in das Bohrloch abzusenken.

Der Tieflochhammer 14 ist über eine Verbindungsvorrich­ tung 30 mit zwei koaxialen Rohren 31, 32 verbunden. Das innere Rohr 31 dient als Rückspülleitung 33 und das äußere Rohr 32 dient als Zuführleitung 34. Die Zuführ­ leitung 34 ist über längslaufende Bohrungen 35 mit dem Tieflochhammer 14 verbunden, um diesem das Arbeits­ medium, z. B. Druckluft, zuzuführen. Dieses Arbeits­ medium verläßt den Tieflochhammer 14 am unteren Ende, um Bohrgut von der Bohrlochsohle hochzuspülen. Diese Rückspülung erfolgt an der Spannvorrichtung 16 vorbei in den Raum 36 oberhalb der Spannvorrichtung. Die Ver­ bindungsvorrichtung 30 weist in diesem Raum Löcher 37 auf, durch die das Spülmedium mit dem Rohrgut in die Rückspülleitung 33 eintreten kann.

Damit in der Rückspülleitung 33 das Spülmedium mit der erforderlichen Geschwindigkeit strömen kann und der Druck nicht in das Bohrrohr 11 hinein entweicht, ist oberhalb der Öffnungen 37 ein Schirm 40 angeordnet, der den Zwischenraum zwischen den Rohren 31,32 und dem Bohrrohr 11 ausfüllt. Dieser Schirm 40 besteht beispielsweise aus flexiblen Borsten oder flexiblem Flächenmaterial, um sich der exzentrischen Anordnung des Rohrs 32 in Bezug auf das Bohrrohr 11 anzupassen.

Die Bohrvorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 arbeitet wie folgt: Der Bohreinsatz 13 wird in dem in Fig. 1 darge­ stellten Zustand im Bohrrohr 11 abgesenkt. Hierbei ist die Spannvorrichtung 16 eingefahren, d. h. das Keil­ element 17 ruht infolge seines Gewichts auf dem An­ schlag 21. Die Spannvorrichtung 16 hat einschließlich des Bohrwerkzeugs 15 einen Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrrohrs 11.

Wird ausgehend von dem Zustand nach Fig. 1 das Bohrrohr 11 angehoben, dann stößt die Bohrkrone 12 gemäß Fig. 2 gegen den Anschlag 22, wodurch das Keilelement 17 relativ zu dem Keilelement 18 angehoben wird. Dadurch wird die Spannvorrichtung 16 auseinandergespreizt, wobei die Abstützelemente 23 und 24 gegen das Bohrrohr 11 gedrückt werden. Wird nun der aus den Rohren 31 und 32 bestehende Rohrstrang gedreht, dann rollen die Ab­ stützelemente 23, 24 an der Innenwand des Bohrrohrs 11 ab und der Tieflochhammer 14 und das Bohrwerkzeug 15 kreisen um die Achse 42 des Bohrrohrs 11. Die Breite der Bohrkrone 15 ist größer als der Außenradius der Ringbohrkrone 12, so daß das Bohrwerkzeug 15 eine Fläche der Bohrlochsohle bearbeitet, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Ring­ bohrkrone 12.

Beim Zurückziehen des Bohreinsatzes 13 wird das Keil­ element 18 durch Ziehen an der Aufhängevorrichtung 27 oder an den Rohren 31, 32 angehoben, wobei sich der Durchmesser der Spannvorrichtung 16 verkleinert und das Bohrwerkzeug 15 in den Bereich der Innenkontur des Bohrrohrs 11 eingezogen wird. Schließlich greift der Anschlag 21 unter das Keilelement 17 und hebt dieses mit an. Dieser Zustand ist in den Fig. 1 und 3 dar­ gestellt.

Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können anstelle der Rohre 31 und 32 auch flexible Schläuche verwendet werden. In diesem Fall ist die Spannvorrichtung 16 über die Aufhängevorrichtung 27 an einem Seil aufgehängt. Ferner sind die Abstützelemente 23 und 24 Klemmpratzen, die die Spannvorrichtung 16 verdrehungssicher am Bohrrohr 11 verspannen. Die Kreisbewegung des Bohrwerkzeugs 15 wird durch Drehen des Bohrrohrs 11 um seine Achse 42 hervorgerufen.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Schirms 40a, der hier an dem Verbindungsstück 30 oder am Außen­ rohr 32 angebracht ist und aus einer Scheibe 44 be­ steht, die eine Umfangsnut aufweist, in der ein radial abstehender Dichtungsring 45 sitzt. Die Scheibe 44 ist zentrisch zum Bohrrohr 11 angeordnet und exzentrisch zu der Verbindungsvorrichtung 30 bzw. dem Rohr 32. Beim Drehen bzw. Kreisen der Verbindungsvorrichtung 30 im Bohrrohr 11 dreht sich die Scheibe 44 um die Achse des Bohrrohrs 11. Die Dichtung 45 dichtet den Raum 36 nach oben hin ab und bewirkt, daß die Rückspülung nur durch die Öffnungen 37 erfolgt.

Claims (8)

1. Bohreinsatz für ein Großlochbohrgerät zum Ein­ führen in ein Bohrrohr (11), das an seinem unteren Ende mit einer Ringbohrkrone (12) versehen ist, mit einem Werkzeugträger, der ein Bohrwerkzeug (15) trägt, das den Werkzeugträger seitlich überragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (z. B. Tieflochhammer (14)) exzentrisch in einer radial aufweitbaren Spann­ vorrichtung (16) sitzt, die im aufgeweiteten Zu­ stand an entgegengesetzten Bereichen der Rohrwand angreift.

2. Bohreinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannvorrichtung (16) ein sich nach oben verjüngendes erstes Keilelement (17) und ein sich nach unten verjüngendes, mit dem Werk­ zeugträger verbundenes zweites Keilelement (18) aufweist und daß beide Keilelemente (17, 18) relativ zueinander vertikal verschiebbar sind.

3. Bohreinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Anschlag (21) vorgesehen ist, der die Aufwärtsbewegung des zweiten Keil­ elements (18) in Bezug auf das erste Keilelement (17) begrenzt und bei weiterer Aufwärtsbewegung des zweiten Keilelements (18) das erste Keil­ elemente (17) mitnimmt.

4. Bohreinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (22) zur Begrenzung der Abwärtsbewegung des ersten Keil­ elements (17) relativ zu der Ringbohrkrone (12) vorgesehen ist.

5. Bohreinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Keilelemente (17, 18) Abstützelemente in Form von Rollen oder Gleit­ elementen zum Abstützen an der Rohrwand aufweisen.

6. Bohreinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Keilelemente (17, 18) Abstützelemente in Form von Klemmpratzen zum Ab­ stützen an der Rohrwand aufweisen.

7. Bohreinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das erste Keilelement (17) eine Seil-Aufhängevorrichtung (27) aufweist.

8. Bohreinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger ein Tieflochhammer (14) ist, der mit einer Zuführ­ leitung (34) für ein Spülmedium verbunden ist, daß oberhalb des Tieflochhammers (14) in einer Rück­ spülleitung (33) Öffnungen (37) vorhanden sind und daß oberhalb der Öffnungen (37) ein Schirm (40) vorgesehen ist, der zur Abdichtung gegen das Bohr­ rohr (11) die Zuführleitung (34) und die Rückspül­ leitung (33) exzentrisch umgibt.