DE8337248U1

DE8337248U1 - Bohrvorrichtung zum ueberlagerungsbohren

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Publication number: DE8337248U1
Application number: DE19838337248
Authority: DE
Original assignee: ING GUENTER KLEMM SPEZIALUNTERNEHMEN fur BOHRTECHNIK 5962 DROLSHAGEN DE
Current assignee: ING GUENTER KLEMM SPEZIALUNTERNEHMEN fur BOHRTECHNIK 5962 DROLSHAGEN DE
Priority date: 1983-12-24
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPH0465198B2; JPS60141987A

Description

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VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler t 1973
Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981

Ing. Günter Klemm Dr.-Ing. K. Schönwald

SpezialUnternehmen für Bohrtechnik Dr.J.F.Fues

Alte Landstraße Dipl.-Chem. Alek von Kreisler

Dipl.-Chem. Carola Keller

c λ/r-, „ 1 u Dipl.-Ing. G. Setting

5962 Drolshagen Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

Sg-Fe

23. Dezember 1983

Bohrvorrichtung zum Uberlagerungsbohren

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Uberlagerungsbohren, mit einem Außenrohrgestange und einem eine Bohrkrone tragenden Innenrohrgestänge, einer auf die Bohrkrone Schläge ausübenden Schlagvorrichtung,
einem ersten Drehantrieb für das Außenrohrgestange, einem zweiten Drehantrieb für das Innenrohrgestänge, einer Haltevorrichtung für den ersten Drehantrieb und einem relativ zu der Haltevorrichtung verschiebbaren Schlitten, auf dem der zweite Drehantrieb befestigt
ist.

Beim Bohren in Böden und Gestein wird häufig das Uberlagerungsbohren angewandt, bei dem zwei koaxiale Rohrgestänge benutzt werden. Das Außenrohrgestange wird von einem außerhalb des Bohrlochs angeordneten ersten Drehantrieb gedreht, und das Innenrohrgestänge, das mit seinem rückwärtigen Ende aus dem Außenrohrgestange herausragt, wird von einem zweiten Drehantrieb gedreht. An

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dem vorderen Ende des Innenrohrgestänges befindet sich eine Bohrkrone, die über die Kontur des Außenrohrgestänges seitlich vorsteht. Eine als Tieflochhammer bezeichnete Schlagvorrichtung, die im Verlaufe des Innenrohrgestänges vorgesehen ist, Übt Schläge auf die Bohrkrone aus. Auf diese Weise wird die Bohrkrone gleichzeitig gedreht und geschlagen, während das Außenrohrgestänge lediglich gedreht und entsprechend dem Fort* schreiten des Bohrloches nachgeschoben wird (DE-OS 29 24 392).

Das Außenrohrgestänge stützt das Bohrloch ab und verhindert das Einfallen des Bohrlochs. Durch das Innenrohrgestänge hindurch wird Druckluft zu dem Tieflochhammer geleitet, der auf diese Weisse angetrieben wird, um die Schläge auszuführen. Die den Tieflochhammer verlassende Luft kann dazu benutzt werden, das von der Bohrlochsohle gelöste Bohrgut in dem ringförmigen Kanal zwischen Innenrohrgestänge und Außenrohrgestänge zurückzuspülen.

Die bekannten Bohrvorrichtungen haben den Nachteil, daß sie mit einer druckluftbetriebenen Schlagvorrichtung arbeiten müssen. Würde eine hydraulische Schlagvorrichtung im Bohrloch benutzt, dann müßte eine zusätzliche Rückleitung zum Zurückführen des Hydraulikmediums benutzt werden, wofür in der Regel kein Platz vorhanden ist. Druckluftbetriebene Schlagvorrichtungen haben aber den Nachteil eines schlechten Wirkungsgrades bzw. einer schlechten Energieausnutzung. Außerdem reicht häufig die Abluft des Tieflochhammers zum Rückspülen des Bohrguts nicht aus, so daß zusätzlich Wasser als Spülmedium eingesetzt werden muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch den Tieflochhammer der ringförmige

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Kanal zum Rückspülen des Bohrgutes stark verengt wird. Aus diesem Gründe muß der Tieflochhammer einen geringen Durchmesser haben, was wiederum seine Leistungsfähigkeit herabsetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, Schläge mit hoher Energie auf die Bohrkrone zu übertragen und die ein wirksames Rückspülen des Bohrgutes ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schlagvorrichtung ein an dem Schlitten befestigter, auf das rückwärtige Ende des Innenrohrgestänges schlagender hydraulischer Bohrhammer ist.

Die Schlagvorrichtung ist also am Ende des Innenrohrgestänges außerhalb des Außenrohrgestänges angeordnet. Hier steht genügend Platz zur Verfügung, um eine kräftige und große Schlagvorrichtung einzusetzen. Das Zuführen des Hydraulikmediums zu der Schlagvorrichtung und das Abführen des Hydraulikmediums von der Schlagvorrichtung bereiten keine Schwierigkeiten, weil die Schlagvorrichtung außerhalb des Bohrlochs angeordnet ist und lediglich den Anschluß von Schläuchen erfordert. Das Spülen des Bohrlochs kann mit Wasser oder einer Emulsion durchgeführt werden, und es kann ein Innenrohrgestänge verwendet werden, dessen Außendurchmesser so klein ist, daß das Rückspülen ohne die

30' Gefahr von Verstopfungen durchgeführt werden kann.

Der Bohrhammer, der auf dem Schlitten befestigt ist, mit welchem das Innenrohrgestänge vorgeschoben wird, wird zusammen mit dem Innenrohrgestänge bewegt, wobei

zweckmäßigerweise der Schlitten unter einer Vorspannung steht, um die Bohrkrone ständig gegen die Bohrlochsohle gedrücktzuhalten. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein großer Teil der Schlagenergie von der Bohrkrone direkt auf die Bohrlochsohle übertragen und nicht als Reflektion zurückgeschickt wird. Dadurch wird die Bohrleistung gesteigert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bohrkrone eine zentrische Bohrkrone ist/ die mit dem Innenrohrgestänge über eine durch Drehen und/oder Verschieben des Innenrohrgestänges einrastbare Kupplung verbunden ist.

Durch diese Kupplung wird erreicht, daß das Innenrohrgestänge zerstörungsfrei jederzeit von der Bohrkrone getrennt werden kann und daß danach das gleiche Innenrohrgestänge oder ein neues Innenrohrgestänge wieder mit der im Bohrloch verbliebenen Bohrkrone verbunden werden kann.

Die einrastbare Kupplung kann beispielsweise aus einem Bajonettverschluß oder aus zusammenpassenden GewirtJestücken bestehen, die bei einer Drehung des Innenrohrgestänges in der beim Bohren benutzten Drehrichtung festgezogen und bei einer Drehung in Gegenrichtung gelöst werden. In dem zweiten Fall muß jedoch darauf geachtet werden, daß das Lösen der Gewindekupplung leichter erfolgt als das Lösen der Rohre des Innenrohrgestänges voneinander. Dies kann durch geeignete Wahl der Gewindesteigungen erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ermöglicht es ferner, die vordere öffnung des Außenrohrgestänges jeder-

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zeit durch Zurückziehen des Bohrwerkzeugs abzudichten, danach das Innenrohrgestänge von dem Bohrwerkzeug zu lösen und zurückzuziehen und das Innenrohrgestänge anschließend wieder mit dem Bohrwerkzeug zu verbinden, um weiterzubohren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Kupplung aus einer Hülse mit mindestens einem im wesentlichen L-förmigen, zum einen Hülsenende hin frei auslaufenden Schlitz und einem in die Hülse einsteckbaren Schaft, von dem ein in den Schlitz passender Ansatz radial absteht. Hierbei handelt es sich um eine Art von Bajonettverschluß. Die Hülse kann sich entweder an dem rückwärtigen Ende der Bohrkrone oder an dem vorderen Ende des Innenrohrgestänges befinden, während der Schaft an dem jeweils anderen Teil angeordnet ist. Zum Einkuppeln wird die Hülse über den Schaft geschoben und anschließend gedreht, so daß die Bohrdrehung des Innenrohrgestänges auf das Bohrwerkzeug übertragen wird. Außerdem werden auf das Innenrohrgestänge ausgeübte Schläge über die Kupplung auf das Bohrwerkzeug übertragen. Zum Ausrasten der Kupplung wird das Innenrohrgestänge um einen geringen Drehwinkel zurückgedreht und anschließend axial zurückgezogen.

Andererseits wird beim Einkuppeln das Innenrohrgestänge axial vorgeschoben. Bei der anschließenden Bohrdrehung gelangt der Ansatz in den Umfangsteil des L-förmigen Schlitzes.

Um den Vorgang des Einkuppeins zu erleichtern, weist die Hülse und/oder der Schaft eine konische Führungsfläche zum Einstecken des Schaftes in die Hülse auf. Während das Bohrwerkzeug am vorderen Ende des Außenrohrgestiingfis in dem Sitz zentriert gehalten wird, kann

das Innenrohrgestänge, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrgestanges, in dem Außenrohrgestänge pendeln. Die konische Führungsfläche dient zur Erleichterung des Einfangens des Schaftes in die Hülse.

Als Bohrkrone kann auch eine Exzenterbohrkrune verwendet werden, die nach einer Seite über die Kontur des Außenrohrgestanges hinaus vorsteht und schräggestellt werden kann, um durch das Außenrohrgestänge zurückgezogen zu werden. =.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Außen- '$. rohrgestänge nur mit einem Drehantrieb ohne Schlagvorrichtung versehen. Dies ist aus Gründen des Lärmschutzes besonders vorteilhaft. Das Außenrohrgestänge dient zur Dämmung des von dem Innenrohrgestänge abgestrahlten Schalls, der durch die Schläge hervorgerufen wird. Das Außenrohrgestänge selbst wird ausschließlich gedreht, so daß es keine Schallgeräusche übertragen muß und auch keine Schallgeräusche abstrahlt.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Bohrvorrichtung im

Betrieb - teilweise geschnitten - und

Fig. 2 einen Längsschnitt des vorderen Endes einer Bohrvorrichtung mit Exzenterbohrkrone.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist an das rückwärtige Ende des Außenrohrgestänges 10, das aus mehreren miteinander verschraubten Bohrrohren besteht, ein Drehantrieb 12 angeschlossen, der aus einem Motor 13 und einem Getriebe 14 besteht. Das Getriebe 14 versetzt eine mit dem rückwärtigen Ende des letzten Bohrrohres drehfest verbundene Hülse 15 in Drehung. An dem rückwärtigen Ende der Hülse 15 befindet sich ein drehfest angebrachter Auswurfkopf 16 zum Auswerfen des Bohrgutes und des rückgespülten Spülmediums.

Durch das Außenrohrgestänge 10 verläuft koaxial das Innenrohrgestänge 17, das ebenfalls aus mehreren miteinander durch Muffen 18 aneinandergeschraubten Rohren "besteht. Das rückwärtige Ende des letzten Rohres ist mit einer durch die Hülse 15 und den Auswurfkopf 16 hindurchfühlenden hohlen Zwischenstange 19 verbunden. Das rückwärtige Ende der hohlen Zwischenstange 19 weist einen Spülkopf 20 auf, der drehfest angeordnet ist und einen Anschluß stutzen 21 für die Zufuhr eines Spülmediums besitzt. Durch den Spülkopf 20 ragt das Einsteckende 22 hindurch, das mit dem rückwärtigen Ende der Zwischenstange 19 fest verbunden ist. Das Einsteckende 22 wird von einem Motor 23 über ein Getriebe 24 gedreht. Auf das rückwärtige Ende des Einsteckendes 22 übt ein hydraulischer Bohrhammer 25 Schläge aus. Sowohl die Schläge als auch die Drehbewegung werden von dem Einsteckende 22 über die Zwischenstange 19 auf das Innenrohrgestänge 17 übertragen.

Der Motor 13 und das Getriebe 14 sowie der Auswurfkopf 16 sind an einer Haltevorrichtung 47 fest angebracht. Die Haltevorrichtung 47 kann in Längsrichtung auf Schienen verschoben werden. Sie weist einen ebenfalls

in Längsrichtung des Bohrstranges verschiebbaren Schlitten 48 auf, der die aus dem Motor 23, dem Getriebe 24 und dem Bohrhammer 25 bestehende Einheit trägt, über einen hydraulischen Linearmotor 26, z.B. eine Kolben-Zylinder-Einheit, kann der Schlitten 48 vor- und zurückbewegt werden. An der Haltevorrichtung 47 befindet sich eine Skala 27, an der ein mit dem Schlitten 48 fest verbundener Zeiger 28 entlang bewegt wird. Durch die Stellung des Zeigers 28 relativ zu der Skale 27 kann die Stellung des Innenrohrgestänges 17 relativ zu dem Außenrohrgestange 10 abgelesen werden.

An dem vorderen Ende des vordersten Rohres des Innenrohrgestänges 17 ist eine Hülse 29 befestigt, an der die Bohrkrone 30 lösber befestigt ist. Die Bohrkrone 30 besteht aus einem rückwärtigen Schaft 31, der nach vorne durch einen dickeren Zylinder 32 verlängert ist, einem Paßstück 33 und dem Kopfstück 34. Der Außendurchmesser des Kopfstückes, das (nicht dargestellte) Ha.rt-

2'C metallwerkzeuge zur Bearbeitung der Bohrlochsohle trägt, ist etwas größer als der Außendurchmesser des Außenrohrgestänges 10. Das Paßstück 33 geht an seinem rückwärtigen Ende über eine konische Ringschulter 35 in den Zylinder 32 über.

Der Schaft 31 weist einen radial abstehenden Ansatz 36 auf, der in einem L-förmigen Schlitz 37 in der Wand der Hülse 29 geführt ist. Der Schlitz 37 läuft zum vorderen Ende der Hülse 29 frei aus. Er weist einen axialen Abschnitt 37a und einen Umfangsabschnitt 37b auf. Der Umfangsabschnitt 37b erstreckt ε-och von dem axialen Abschnitt 37a in Gegenrichtung zur Drehrichtung des Innenrohrgestänges 17 bei normalem Bohrbetrieb. Auf diese Weise wird der Ansatz 36 gegen das geschlossene

Ende des Umfangsabschnitts 37b des Schlitzes 37 gedrückt. Ein entsprechender Schlitz 37 und Ansatz 36 befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite, also um 180° versetzt. Die Schlitze 37 und Ansätze 36 übertragen sowohl die Schlag- als auch die Drehbewegung von dem Innenrohrgestänge 17 auf die Bohrkrone 30.

Das Paßstück 33 ist bei zurückgezogener Bohrkrone 30 passend in einen konischen Sitz 38 am vorderen Ende des Außenrohrgestänges 10 eingezogen. In diesem Zustand stößt die konische Ringschulter 35 abdichtend gegen den konischen Sitz 38. Auf diese Weise erfolgt in der Rückzugsstellung der Bohrkrone 30 eine Abdichtung der vorderen öffnung des Außenrohrgestänges 10 dadurch, daß das Paßstück 33 in eine zylindrische Bohrung vor deir konischen Sitz 38 eingezogen ist und daß die Ringschulter 35 sich gegen den konischen Sitz 38 legt. Eine solche Abdichtung des Außenrohrgestänges kann erforderlich sein, um zu verhindern, daß Grundwasser, Fließsand oder ein anderes drückendes Medium in das Außenrohrgestänge 10 gelangt.

Das Innenrohrgestänge 17 kann von der Bohrkrone 30 dadurch gelöst werden, daß es entgegen der normalen Drehrichtung ein kurzes Stück zurückgedreht wird, so daß der Ansatz 36 des Schaftes 31 in den axialen Bereich 37a des Schlitzes 37 gelangt. Die Trennung erfolgt dann durch das anschließende axiale Zurückziehen des Innenrohrgestänges 17.

Der Schaft 31 weist eine Axialbohrung auf, deren rückwärtiges Ende mit einem durch das Innenrohrgestänge 17 hindurchgehenden Spülroittelkanal in Verbindung steht. Das Spülmittel (Wasser), das durch den Stutzen 21

zugeführt wird, gelangt durch das Innenrohrgestänge

17 und die Bohrkrone 30 bis an die Bohrlochsohle, wo es aus den öffnungen 45 austritt. Die Rückspülung erfolgt bei dem Bohrvortrieb in dem ringförmigen Raum zwischen dem Außenrohrgestänge 10 und dem innenrohrgestänge 17. ι

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Wenn das Bohrloch die erforderliche Tiefe erreicht hat oder wenn eine neue Bohrkrone 30 benutzt werden soll, wird die Verbindung zwischen der Hülse 29 und dem Schaft 31 auf die oben beschriebene Weise gelöst und das Innenrohrgestänge 17 wird zurückgezogen. Nun kann das Außenrohrgestänge 10 mit flüssigem Zement ausgefüllt und gleichzeitig zurückgezogen werden, wobei die Bohrkrone 30 als verlorene Bohrkrone im Bohrloch verbleibt. Es ist auch möglich, das Innenrohrgestänge mit einem anderen Bohrkrone zu versehen und das bisher verwendete Bohrkrone im Bohrloch zu verdrängen, um anschließend weiterzubohren.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist eine Exzenterbohrkrone 30' vorgesehen, die an dem Innenrohrgestänge 10 mit einem Schraubgewinde 41 befestigt ist. Eine Spülleitung 42 geht durch das Innenrohrgestänge 17 und die Exzenterbohrkrone 30' hindurch. Diese Spülleitung 42 weist Austrittsoffnungen an der Exzenterbohrkrone auf. Die Exzenterbohrkrone 30' weist in bekannter Weise einen seitlich abstehenden Ansatz 43 auf, der bei Drehung der Exzenterbohrkrone eine Umlaufbahn beschreibt und den Weg zum Nachschieben des Außenrohrgestänges 10 freiarbeitet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem vorderen Ende des Außenrohrgestänges eine Ringbohrkrone 44 angebracht, die jedoch nicht unbedingt erforderlich ist.

Claims

- 11 ANSPRÜCHE

1. Bohrvorrichtung zum Überlagerungsbohren, mit einem Außenrohrgestange und einem eine Bohrkrone tragenden Innenrohrgestange, einer auf die Bohrkrone Schläge ausübenden Schlagvorrichtung, einem ersten Drehantrieb für das Außenrohrgestange, einem zweiten Drehantrieb für das Innenrohrgestänge, einer Haltevorrichtung für den ersten Drehantrieb und einem relativ zu der Haltevorrichtung verschiebbaren Schlitten, auf dem der zweite Drehantrieb befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schlagvorrichtung ein an dem Schlitten (48) befestigter, auf das rückwärtige Ende des Innenrohrgestänges (17) schlagender hydraulischer Bohrhammer (25) ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (30) eine zentrische Bohrkrone ist, die mit dem Innenrohrgestänge (17) über eine durch Drehen und/oder Verschieben des Innenrohrgestänge (17) einrastbare Kupplung (36,37) verbunden ist.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (36,37) aus einer Hül-3 (29) mit mindestens einem im wesentlichen L-förmigen, zu dem Hülsenende hin frei auslaufenden Schlitz (37) und einem in die Hülse (29) einsteckbaren Schaft (31), von dem ein in den Schlitz (37) passender Ansatz (36) radial absteht, besteht.

4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (29) und/oder der Schaft i.31) eine konische Führuügsfläche (38) zum Einstecken des Schaftes (31) in die Hülse (29) aufweist.

5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (30) eine Exzenterbohrkrone ist.

6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohrgestänge (10) nur mit einem Drehantrieb (12) ohne Schlagvorrichtung versehen ist.