DE4232560C1 - Schneckenbohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenbohrvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zur Durchführung von Bohrungen im Erdreich.

Schneckenbohrvorrichtungen werden üblicherweise für Pfahlgründungen eingesetzt, wobei ein Außenrohr drehend niedergebracht wird. In das Außenrohr wird ein Innen­ rohr eingelassen, das am vorderen Ende eine Schnecke mit etwa fünf Wendeln aufweist. Die Schnecke wird nach Art eines Korkenziehers unter Längsvorschub in den Boden eingedreht, bis sie sich mit Erdreich gefüllt hat und über der Schnecke noch weiteres Erdreich steht. Dann wird das Innenrohr aus dem Außenrohr herausgezogen und durch Drehen des Innenrohres wird das Erdreich aus der Schnecke herausgeschleudert. Während des Bohrens füllen sich die Schneckengänge mit Erdreich, so daß sich im Außenrohr ein im wesentlichen luftundurch­ lässiger Pfropfen bildet. Um diesen Pfropfen heraus­ ziehen zu können, dürfen immer nur geringe Erdmengen in und über der Schnecke angesammelt und herausgezogen werden. Das Bohrverfahren ist daher zeitaufwendig.

Bekannt sind ferner Schneckenbohrvorrichtungen, bei denen sich die Schnecke über die gesamte Länge des Innenrohres erstreckt. Auch diese Bohrvorrichtungen werden in der Weise betrieben, daß sie nach Art eines Korkenziehers unter Vorschub in das Erdreich gebohrt werden, wobei sich die Schneckengänge füllen. An­ schließend wird die Schnecke herausgezogen. In den Schneckengängen findet eine starke Verdichtung des Erdreichs statt, so daß dieses mit einem mechanischen Schneckenputzer aus den Schneckengängen entfernt werden muß.

Die erwähnten Schneckenbohrvorrichtungen erlauben nur einen intermittierenden Bohrbetrieb, bei dem das Innen­ rohr häufig aus dem Außenrohr herausgezogen werden muß, um das Bohrgut übertage aus der Schnecke zu entfernen.

Eine Schneckenbohrvorrichtung, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus DE-OS 29 24 393. Diese Schneckenbohrvorrichtung erlaubt einen Dauerbetrieb, bei dem das Innenrohr nicht aus dem Außenrohr herausgezogen werden muß. Am vorderen Ende des Innenrohrs befindet sich eine mehrgängige Anfänger­ schnecke, die mit einer Bohrspitze versehen ist, um das Bohrgut zu lockern und auf die Schnecke zu befördern. Das Weiterfördern erfolgt durch Spülluft, die dem Innenrohr mit hohem Druck zugeführt wird und die im Bereich des rückwärtigen Endes der Schnecke austritt. Eine Bohrgutförderung mit Spülluft erfordert den Ein­ satz einer Hochleistungs-Druckluftquelle, die viel Energie erfordert und Lärm verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenbohrvorrichtung zu schaffen, die einen kon­ tinuierlichen Betrieb ohne das Herausziehen des gesamten Innenrohres ermöglicht und energiesparend arbeitet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Schneckenbohrvorrichtung erstreckt sich die Schnecke nur im vorderen Endbereich des Innenrohres. Die Schnecke nimmt Bohrgut auf und fördert es in das Außenrohr hinein. Im Inneren des Außenrohres erfolgt die Weiterförderung entlang eines geraden Weges, wobei der Förderdruck durch die Schnecke erzeugt wird. Das Bohrgut wird also im Außenrohr durch die Schnecke vorgeschoben. Während der Weg des Bohr­ gutes zwischen den Schneckenwendeln ein Mehrfaches der axialen Länge des Schneckenabschnitts beträgt und in diesem Bereich somit eine hohe Reibung erzeugt wird, wird das Bohrgut oberhalb der Schnecke auf geradlinigem Weg in dem Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr hochgedrückt. Die Reibung ist in diesem Bereich sehr viel geringer als im Schneckenbereich, so daß die Schnecke das Bohrgut relativ leicht hochdrücken kann. Die Schnecke erzeugt somit den Förderdruck für das Bohrgut, das nachfolgend mit geringer Reibung weiter­ transportiert wird, ohne daß ein fluidisierender Rück­ spülvorgang erfolgt. Eine Hochdruck-Spülvorrichtung ist daher nicht erforderlich. Durch eine Längsbohrung im Schaft der Schnecke wird über ein Rückschlagventil Luft zur Bohrlochsohle durchgelassen, um das Volumen des abgeförderten Bohrguts aufzufüllen. Auf diese Weise wird die Entstehung eines Vakuums, das den Bohrvorgang behindern würde, vermieden. Die Schnecke wird nicht nach Art eines Korkenziehers benutzt, sondern als Auf­ lockerungs- und Förderschnecke. Dies wird dadurch erreicht, daß der Vorschub geringer ist, als es der Schneckensteigung in Verbindung mit der Drehgeschwin­ digkeit der Schnecke entspricht. Die Schnecke schraubt sich nicht in den Boden hinein, sondern sie nimmt bei geringem Vorschub von der Bohrlochsohle Bohrgut auf, das in die Schneckengänge gelangt und dort unter Reibung an der Innenwand des Außenrohres weiterge­ fördert wird. Die Schnecke hat daher zunächst eine Auflockerungswirkung und anschließend eine Vorschub­ wirkung.

Die erfindungsgemäße Schneckenbohrvorrichtung er­ möglicht ein "trockenes Bohren" bei geringem Energie­ aufwand. Mit ihr können Löcher gebohrt werden, die üblicherweise nur durch Überlagerungsbohren mit hohem Spülungsaufwand gebohrt werden können. Da die Förder­ energie hauptsächlich durch Schnecken aufgebracht wird, ist ein Aufwand für Spülung entbehrlich oder jedenfalls stark vermindert. Ein großes Problem beim Erdbohren ist der Wasserverbrauch für die Spülung. Dabei wird hoch­ wertiges Trinkwasser in großen Mengen verbraucht. Bei der sich abzeichnenden immer größer werdenden Wasser­ knappheit wird Wasser immer teurer, so daß die bisher übliche Wasserverschwendung für Bohrspülen nicht länger akzeptiert werden kann. Ein Nachteil der Bohrspülung mit Wasser besteht auch darin, daß die gesamte Umgebung des Bohrlochs verschlammt. Schließlich erfordert Wasser, das mit einem Druck von üblicherweise 20 bar zu­ geführt wird, einen erheblichen Energieaufwand für die Druckerzeugung. Dies alles entfällt bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, bei der das Bohren entweder trocken oder mit einem ganz geringen Einsatz an Wasser oder Druckluft erfolgt. Die Vorrichtung kann als Doppelkopf-Anlage nach dem Prinzip des Überlagerungs­ bohrens benutzt werden. Entscheidend ist, daß eine kontinuierliche oder durch Pumpbewegungen unterstützte Förderung des Bohrgutes erfolgt, wobei zwar ein Spül­ medium zugeführt werden kann, dieses Spülmedium jedoch nicht die gesamte Rückspülenergie aufbringen muß, sondern in relativ geringer Menge und mit geringem Druck (höchstens etwa 5 bar) zugeführt wird. Die Rück­ förderenergie wird durch die Schnecken bzw. durch Pump­ bewegungen des Innenstrangs nach Art einer Luftpumpe aufgebracht. Dies ermöglicht eine umweltschonende und energiesparende Arbeitsweise ohne aufwendige Hoch­ leistungskompressoren und ohne Wasserverschwendung.

Um Materialverdichtungen im Bereich der Schnecke zu vermeiden, hat die Schnecke so wenig Windungen wie möglich. Die Windungen müssen sich natürlich mindestens einmal über den Umfang des Innenrohres erstrecken. Vor­ zugsweise hat die Schnecke maximal zwei Windungen. Mehr als drei Windungen sollte die Schnecke in keinem Fall aufweisen, da bei höherer Windungszahl der Förderweg in den Schneckenwindungen zu groß wird, was eine große Reibung und nachfolgende Verdichtung im Schneckenbe­ reich zur Folge hat.

Im Abstand hinter der Schnecke können am Innenrohr Unterstützungsschnecken angeordnet sein, die ebenfalls gegenseitige Abstände aufweisen. Die Unterstützungs­ schnecken dienen einerseits zur Auflockerung des von der ersten Schnecke geschobenen Bohrguts und anderer­ seits als weitere Vortriebselemente für den Vorschub nachfolgender Bohrgutstränge.

Ein besonderer Vorteil entsteht, wenn das Innenrohr axiale Pumpbewegungen ausführt. Durch diese Pumpbewe­ gungen wird durch das Rückschlagventil Luft in das Bohrloch eingesaugt, die anschließend verdichtet wird und die Rückförderung des Bohrguts unterstützt. Die Schnecke wirkt hierbei in Verbindung mit dem Rück­ schlagventil nach Art einer Luftpumpe. Der Pumpenhub kann gleichzeitig dazu benutzt werden, Bohrgut aus dem rückwärtigen Ende des Außenrohres auszuwerfen.

Die Erfindung ist auch bei solchen Schneckenbohrvor­ richtungen anwendbar, bei denen das Innenrohr als Kellystange ausgebildet ist. Die einzelnen Stangen­ abschnitte, die teleskopisch ineinanderschiebbar und gegen gegenseitige Drehung verriegelt sind, können hierbei jeweils eine Wendel tragen. Beim Zusammen­ schieben der Kellystange werden die von den Rohrab­ schnitten abstehenden Wendeln natürlich nicht mit eingeschoben, sondern sie werden zusammengeschoben. Beim Auseinanderziehen der Kellystange haben die Wendeln gegenseitige Abstände, um geradlinige Förder­ abschnitte zu bilden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schneckenbohrvorrich­ tung, teilweise geschnitten, und

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab den vorderen Bereich der Schneckenbohrvorrichtung.

Die Schneckenbohrvorrichtung weist ein Außenrohr 10 auf, das aus mehreren aneinandergesetzten Rohrab­ schnitten besteht. Durch das Außenrohr 10 erstreckt sich das Innenrohr 11, das ebenfalls aus mehreren aneinandergesetzten Rohrabschnitten besteht. Außerhalb des Bohrlochs ist das Bohrgerät angeordnet, das eine von einem Fahrzeug 12 getragene Lafette 13 aufweist. Längs dieser Lafette 13 ist eine erste Dreh- und Vor­ schubvorrichtung 14 und eine zweite Dreh- und Vorschub­ vorrichtung 15 bewegbar. Die erste Dreh- und Vorschub­ vorrichtung 14 weist einen Vorschubschlitten 16 auf, an dem ein Drehmotor 17 zum Drehen des Außenrohres 10 angebracht ist. Die zweite Dreh- und Vorschubvorrich­ tung 15 weist einen längs der Lafette verschiebbaren Schlitten 18 auf, an dem ein Drehmotor 19 für das Innenrohr 11 angebracht ist. Der Schlitten 16 kann mit einem von einem Motor 20 getriebenen Seilzug 21 über die gesamte Länge der Lafette 13 bewegt werden und der Schlitten 18 kann ebenfalls durch einen von einem Motor 22 getriebenen Seilzug 23 über die gesamte Länge der Lafette bewegt werden.

Am rückwärtigen Ende des Innenrohres 11 ist hinter dem Drehmotor 19 ein Einspeisekopf 24 zum Einspeisen eines Gegendruckmediums in das Innenrohr 11 angeordnet. Ferner wirkt auf das Ende des Innenrohres 11 eine Schlagvorrichtung 25. Das Außenrohr 10 ist mit einem hinter dem Antriebsmotor 17 angeordneten Auswurf 26 verbunden, durch den das Innenrohr 11 hindurchführt und der dazu dient, das Bohrgut auszuwerfen.

Am vorderen Ende des Innenrohres 11 befindet sich die Schnecke 30, die am vorderen Ende ein Bohrwerkzeug 31 aufweist und aus einer Wendel besteht, die sich zweimal um den Umfang des Innenrohres 11 erstreckt. Hinter der Schnecke 30 befindet sich ein Abschnitt 32, in dem das Innenrohr glatt und ohne Schnecke ist. Die Vorschub­ geschwindigkeit des Innenrohres 11 ist kleiner, als es der Steigung der Schnecke 30 in Verbindung mit der Drehzahl des Innenrohres entspricht, so daß die Schnecke von der Bohrlochsohle Bohrgut abschabt und sich die Schneckengänge zunächst nicht vollständig mit Bohrgut füllen. Anschließend bewirkt die Schnecke 30 jedoch eine Verdichtung des Bohrguts, das von der Schnecke in dem Bereich 32 vorgeschoben wird.

In einem Abstand, der mindestens etwa dem Dreifachen der Länge der Schnecke 30 entspricht, ist an dem Innenrohr eine Auflockerungs- und Unterstützungs­ schnecke 33 angeordnet, die ebenfalls zwei oder maximal drei Windungen hat. Diese Unterstützungsschnecke nimmt das von der Schnecke 30 vorgetriebene Bohrgut auf, lockert es und verdichtet es anschließend, um es in einem weiteren schneckenlosen Abschnitt 34 weiterzu­ schieben. An dem Innenrohr sind noch weitere Unter­ stützungsschnecken 33 in regelmäßigen Abständen ange­ ordnet. Jede Unterstützungsschnecke bewirkt die Weiter­ förderung des Bohrguts bis hin zum Auswurf 26.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das vordere Ende des Außenrohres 10 eine Ringbohrkrone 35 auf. Das Bohr­ werkzeug 31 der Schnecke 30 steht über die Ringbohr­ krone 35 hinaus vor und auch die Wendel der Schnecke 30 ragt über die Ringbohrkrone 35 hinaus.

Der Kanal des Innenrohres 11 setzt sich im Schaft 30a der Schnecke 30 als axiale Bohrung 36 fort. Diese Bohrung steht mit Öffnungen 37 am bohrlochseitigen Ende der Schnecke 30 in Verbindung. In der Bohrung 36 ist ein Rückschlagventil 38 angeordnet, das hier als Kugel­ ventil ausgebildet ist und das in Richtung zur Bohr­ lochsohle hin durchlässig, in Gegenrichtung jedoch undurchlässig ist. Wenn beim Bohren im Bohrloch durch die Materialabführung ein Unterdruck entsteht, kann dieser Unterdruck durch das Ventil 38 und durch den Kanal des Innenrohres mit Luft gefüllt werden. Ferner ist es möglich, dem Zuführkopf 24 (Fig. 1) ein Gegen­ druckmedium, z. B. Luft oder Wasser, mit geringem Druck zuzuführen, um das entstandene Bohrlochvakuum aufzu­ füllen. Dieses Gegendruckmedium erzeugt im Bohrloch einen Druck, der den Förderdruck der Schnecke 30 unter­ stützt. Es handelt sich jedoch hierbei nicht um eine Rückspülung mit einem Spülmedium, das eine Fluidi­ sierung des Bohrguts bewirkt, sondern lediglich um eine Unterstützung der Schneckenförderung mit Niederdruck.

Bei gleichmäßigem Bohrbetrieb werden das Innenrohr und das Außenrohr gegensinnig zueinander gedreht und beide Rohre werden mit gleichen Geschwindigkeiten vorge­ schoben. Wenn das Bohrwerkzeug 31 auf Gestein trifft, kann der Schlagantrieb 25 eingeschaltet werden, um über das Innenrohr Schläge auf das Bohrwerkzeug 31 auszu­ üben, wodurch das Gestein zertrümmert wird. Bei dieser stetigen Betriebsweise werden die Dreh- und Vorschub­ vorrichtungen 14 und 15 mit konstantem gegenseitigem Abstand längs der Lafette 13 verschoben.

Eine andere Betriebsweise sieht vor, daß in regel­ mäßigen Abständen das Innenrohr 11 gegenüber dem Außen­ rohr 10 zurückgezogen wird. Bei dieser Rückzugsbewegung öffnet das Rückschlagventil 38, so daß durch das Innen­ rohr hindurch Luft angesaugt wird. Anschließend wird das Innenrohr 11 wieder vorgeschoben. Die Luft kann dabei nicht durch das Rückschlagventil 38 entweichen, sondern sie wird im Bohrloch komprimiert. Die so ent­ standene Druckluft bewirkt eine Rückförderung des in der Schnecke 30 und in dem darüberliegenden Abschnitt 32 enthaltenen Bohrguts. Während des Zurückziehens des Innenrohres wird außerdem aus dem Auswurf 26 das im letzten Abschnitt enthaltene Bohrgut ausgeworfen. Vor­ zugsweise ist der Hub der Rückzugsbewegung etwa so groß wie der Abstand eines Abschnitts 32 oder 34 zwischen zwei Schnecken.

Die Schneckenbohrvorrichtung muß nicht an einer Lafette angebracht sein. Bei größeren Bohrlochdurchmessern wird für den Antrieb des Außenrohres eine Verrohrungsmaschine benutzt, die einen intermittierenden Drehantrieb und einen Vorschub des Außenrohres bewirkt.

Claims (7)

1. Schneckenbohrvorrichtung mit einem Außenrohr (10), das von einer ersten Dreh- und Vorschubvorrichtung (14) antreibbar ist und am vorderen Ende eine wendelförmige Schnecke (30) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (30a) der Schnecke eine mit dem Kanal des Innenrohres (11) verbundene Bohrung (36) aufweist und daß in der Bohrung (36) oder dem Kanal des Innenrohres ein in Richtung zum vorderen Ende hin durchlässiges Rückschlagventil (38) ange­ ordnet ist.

2. Schneckenbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (30) maximal drei Windungen aufweist.

3. Schneckenbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand hinter der Schnecke (30) mindestens eine Unterstützungs­ schnecke (33) im Zuge des Innenrohres (11) ange­ ordnet ist.

4. Schneckenbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dreh- und Vorschubvorrichtung (15) derart gesteuert ist, daß sie Pumpbewegungen des Innenrohrs (11) mit der Schnecke (30) ausführt.

5. Schneckenbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh- und Vorschubvorrichtungen (14, 15) längs einer Lafette (13) verschiebbar sind und die zweite Dreh- und Vorschubvorrichtung (15) im wesentlichen über die gesamte Lafettenlänge bewegbar ist.

6. Schneckenbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlagantrieb (25) zum Schlagen auf das rückwärtige Ende des Innenrohres (11) vorgesehen ist.

7. Schneckenbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr als Teleskopstange aus mehreren Teleskoprohren ausge­ bildet ist.