EP1548226A1 - Bohrgerät und Verfahren zum Einbringen eines Bohrelements in den Boden - Google Patents

Bohrgerät und Verfahren zum Einbringen eines Bohrelements in den Boden Download PDF

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EP1548226A1
EP1548226A1 EP04027308A EP04027308A EP1548226A1 EP 1548226 A1 EP1548226 A1 EP 1548226A1 EP 04027308 A EP04027308 A EP 04027308A EP 04027308 A EP04027308 A EP 04027308A EP 1548226 A1 EP1548226 A1 EP 1548226A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
twisting
pliers
torque
drilling element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04027308A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolaus Glas
Peter Josef Unglert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
Publication of EP1548226A1 publication Critical patent/EP1548226A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/022—Top drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/03—Surface drives for rotary drilling with an intermittent unidirectional rotation of the tool

Definitions

  • the invention relates to a drill for introducing a Drilling element in the ground with a drive, which on a Mast is mounted for insertion of the drilling element, and with a Pliers twisting device, which has a collet, the rotatable by means of at least one actuating cylinder is.
  • the invention further relates to a method for introducing a drilling element in the ground, wherein on the drilling element by means of a pliers twisting a torque is applied.
  • casing machine for the production of cased boreholes are drills known, which in addition with a so-called casing machine are provided. These are used for screwing Support tubes. Such casing machines have a collet on, which can be rotated by adjusting cylinder.
  • a mobile drill with attached casing machine is disclosed in DE 38 09 626 C2.
  • the casing machine has a liftable by hydraulic cylinder and lowered Carrying table.
  • a rotatably mounted in the support table bearing ring is supported by two hydraulic cylinders supported on the support table turned back and forth.
  • the bearing ring bears on a top mutually movable jaws, with a hydraulic cylinder can be opened and closed. With the Clamping jaws, the end of the tubing is clamped and introduced by the rotation of the bearing ring in the soil or pulled out of it.
  • DE 12 15 624 B is another device for down-drilling a piping disclosed in a deep well.
  • the cyclically changing Rotary movement is attached to a drill pipe Pipe clamp, both arms alternating by pressing cylinders be moved back and accomplished.
  • the frame for Clamp and press cylinder is with a pressure cylinder in shifted vertically. are provided. These are used for screwing Support tubes.
  • Such casing machines have a collet on, which can be rotated by adjusting cylinder.
  • the invention has for its object to provide a drill, with which particularly costly drilling operations at a cost-effective structure are quickly feasible. It is another object of the invention to provide an efficient method for introducing a drilling element in the ground.
  • the device-related part of the object is according to the invention achieved by a drill with the features of claim 1.
  • the procedural part of the task is after the Invention by a method having the features of the claim 8 solved.
  • Preferred embodiments of the invention are in the respective dependent claims.
  • the drilling device is characterized that at least two forceps twisting provided are, which with the drilling element for torque transmission in Intervention can be brought.
  • a basic idea of the invention lies in it, a torque on the drilling element in addition to a existing rotary drive, usually a hydraulic motor, or to be applied exclusively by means of two pliers twisting devices. It can provide extra torque support to the normal rotary drive at least at certain times be exerted on the drilling element.
  • the drilling element can while a drilling tool, which after insertion again off is pulled out of the borehole, a Popedes support tube or a ringpfahl- or anchor element, which directly serves as a foundation element and remains in the ground.
  • the forceps twisting devices simultaneously and / or temporally offset from each other Torque transmission engageable with the drilling element are.
  • a defined time staggered operation of at least two pincers can be twisted despite a limited angle of rotation of the pliers-twisting devices a more even torque support and in certain Even set a quasi-continuous drilling operation.
  • the multiple pliers twisting devices at the same time put into operation so that the maximum Torque multiplied accordingly.
  • a coupling is, with which the movements of the pliers-twisting devices are compatible with each other.
  • the coupling can be a be mechanical coupling, which when moving a forceps twisting device in the drilling direction in the torque assistance at the same time a provision of the second tong twisting device in their starting position at appropriate Freewheeling position of the collet causes. In appropriate Way can then tighten the second collet the drilling element and a torque on the drilling element when driving in the Apply bottom, while in the reverse manner, the first pliers turning device by the coupling, in particular a coupling rod, is reset.
  • coupling can also be an electronic, control technology Coupling be provided.
  • Coupling be provided.
  • the coupling rod can itself as an actuating cylinder, in particular as a hydraulic cylinder, be educated.
  • the forceps twisting device attached to the lower end of the mast. This allows even then a torque assistance, if the Drilling element is almost completely introduced into the ground.
  • An efficient drilling operation is achieved according to the invention by that the pliers twisting in the drilling direction are mounted pivotably and / or movable. hereby can torque assist even with a feed motion of the drilling element act on this.
  • a further embodiment of the invention is characterized that the collet has two clamping jaws, which by means of a clamping cylinder between a clamping position and a freewheeling position are adjustable.
  • An adjustable Collet allows a clamping of the drilling element along the entire length and can also diameter differences of Balance drilling element.
  • the clamping jaws are to the respective Drill element customizable, allowing a good power transmission in the clamping position and a sufficient distance to the drilling element are ensured in the freewheeling position.
  • the Clamping cylinder and adjusting cylinder of the pliers twisting device are preferably designed as hydraulic cylinders, which can generate particularly high forces.
  • a control device through which a rotary drive, a feed drive and the pincers twisting each other are operated in a coordinated manner.
  • the control device can a continuous rotary drive, in particular a hydraulic motor, with the discontinuous pliers twisting devices coordinate.
  • the method according to the invention is characterized that at least two forceps twisting provided are, with which a torque applied to the drilling element becomes.
  • the forceps twisting devices simultaneously and / or temporally offset torque transferred to the drilling element.
  • This can either be a particularly high maximum torque or a more even Torque assistance or even a quasi-continuous Drilling operation achieved by means of pliers twisting become.
  • Another preferred embodiment of the invention is that the pliers twisting devices during torque transmission at least partially with the drilling element in Drilling direction to be moved until it is returned to its original position be, and that one of the pliers twisting devices is moved with the drilling element while another Pliers twisting device reset to its original position becomes.
  • the Rotation of a rotary drive, the feed movement of the drilling element and the operation of the pliers-twisting devices to each other be controlled in a coordinated manner. This can be via a central Control device, usually a computer, done.
  • the torque assistance only at certain times, especially in one Final phase of drilling, is performed.
  • screwing a drilling element in the ground takes the torque load with increasing drilling depth and the increased friction surface.
  • the Torque support is thus preferably in the Final phase, so that even at this time a reliable Twisting is guaranteed.
  • the drilling element can basically be returned from the borehole Removable drilling tool, such as a drill screw or any other one continuously or discontinuously be working drilling tool or a support tube.
  • a drilling element a screw pile, especially with a conical screw tip is used.
  • screwing in such foundation piles with helical spirals are usually high torques because a significant portion of the soil displaces becomes, so that a high surface friction arises.
  • Screw piles can thus by means of Rotary drive screwed through the loose bottom and with support the piping efficient in solid soil layers anchored.
  • the drill 10 shown in Fig. 1 has a trained as a bead Chassis 20 on which a mast 14 between a horizontal transport position and a displayed vertical working position is pivotally hinged.
  • a mast 14 which in a known manner via hydraulic cylinder is pivotable, is as a so-called broker with a fixed base mast 16 formed on which a Verfahrmast 15 slidably mounted with a traversing device is.
  • On Verfahrmast 15 is a rotary drive 26 via a feed drive 12 slidably mounted, which for driving a Not shown drilling element is used.
  • the forceps twisting devices are arranged, wherein in the illustration of Fig. 1 for clarity only a twisting device 30 is shown.
  • Fig. 2 is the basic structure of a twisting device 30 with a collet 32, which is a drilling element 50 encloses.
  • the collet shown in Fig. 2 32 is in the freewheel position, in which the Collet 32 on all sides of the enclosed drilling element 50 is spaced so that the drilling element 50 is free through the Collet 32 can be moved in the drilling direction, which is perpendicular to the drawing plane.
  • the collet 32 includes an arcuate pliers body 31, at both ends thereof in each case a clamping claw 33, 34th is pivotally hinged.
  • the free ends of the two Clamping jaws 33, 34 are opposite each other and stand by means a clamping cylinder 46 in conjunction.
  • the pliers main body 31 is variable over a length Holding arm 38 by means of a retaining bearing 40 attached to the mast 14.
  • the retaining bearing 40 has a Horizontal pivot pin 42, which rotatably on a bearing block 45 is held.
  • On Horizontalschwenkbolzen 42 is a vertically directed vertical pivot pin 44 provided on which the mast workede end of the support arm 38 and the mast brieflyen Ends of two adjusting cylinders 35, 36 pivotable are stored.
  • the adjusting cylinders 35, 36 serve to rotate the collet 32 against the retaining bearing 40, wherein the collet-side ends of the adjusting cylinders 35, 36 each on Pliers body 31 held in the points and swivel are stored, in which also the clamping jaws 33, 34 on the pliers main body 31 are stored.
  • the retaining bearing 40 allows the collet 32 to be clamped Drilling element can follow, if this in the drilling direction is moved. At a feed of the drilling element 50 in drilling operation bends the collet 32 in the clamping position with their Stellzylindern 35, 36, the movement of the drilling element 50 for Ground down. After opening the clamping cylinder 46 is through a new turning operation, the collet 32 returned to the top.
  • the basic structure of the both pliers twisting devices 30, 70 corresponds to the above Versions of FIG. 2 with the exception of the articulation to Mast.
  • the two pliers twisting devices 30, 70 are each on a rocker 84 attached, which about a horizontal axis is pivotally mounted on a bearing block 82, which in turn is attached to a beam-shaped support 80a and 80b.
  • a rocker 84 attached, which about a horizontal axis is pivotally mounted on a bearing block 82, which in turn is attached to a beam-shaped support 80a and 80b.
  • the two are bar-shaped beams 80a, 80b horizontally directed and over one horizontal pivot bearing 86 deflectable at one Base frame 88 stored.
  • the base frame 88 is with the mast the drill firmly connected.
  • a Coupling rod 90 is provided, which on the one hand on the upper support 80a between the horizontal pivot bearing 86 and the bearing block 82 is articulated.
  • the coupling rod 90 with a Lever arm 81 of the lower support 80b hingedly connected.
  • the lever arm 81 is rigidly attached to the beam-shaped carrier 80b formed, however, the lever arm 81 extends opposite to the carrier 80b away from the horizontal pivot bearing 86.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät und ein Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden mit einem Antrieb, welcher an einem Mast (14) zum Einbringen des Bohrelementes gelagert ist, und mit einer Zangen-Verdreheinrichtung (30), welche eine Spannzange aufweist, die mittels mindestens einem Stellzylinder verdrehbar ist. Zur Verbesserung der Drehmomentübertragung sind mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen (30,70) vorgesehen, welche mit dem Bohrelement zur Drehmomentübertragung in Eingriff bringbar sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum Einbringen eines Bohrelements in den Boden mit einem Antrieb, welcher an einem Mast zum Einbringen des Bohrelements gelagert ist, und mit einer Zangen-Verdreheinrichtung, welche eine Spannzange aufweist, die mittels mindestens einem Stellzylinder verdrehbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden, wobei auf das Bohrelement mittels einer Zangen-Verdreheinrichtung ein Drehmoment aufgebracht wird.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Erdbohrmaschinen bekannt, welche insbesondere im Spezialtiefbau zu Gründungsmaßnahmen eingesetzt werden. Hiermit kann entweder mittels eines Bohrwerkzeuges ein Bohrloch erstellt werden, welches dann beispielsweise mit Beton verfüllt wird, um einen Gründungspfahl zu erstellen. Weiterhin kann mit einem Bohrgerät auch ein Schraubanker oder Bohrpfahl mit Schraubspitze direkt in den Boden eingeschraubt werden. Insbesondere im letzteren Fall können bei großen Pfahllängen relativ hohe Bohrdrehmomente notwendig sein, um den Pfahl in den Boden einzuschrauben.
Entsprechend dem zu erwartenden maximalen Drehmoment ist der Bohrantrieb auszulegen, welcher einen maßgeblichen Kostenfaktor bei einem Bohrgerät darstellt.
Weiterhin sind zum Herstellen für verrohrte Bohrungen Bohrgeräte bekannt, welche zusätzlich mit einer sogenannten Verrohrungsmaschine versehen sind. Diese dienen zum Eindrehen von Stützrohren. Solche Verrohrungsmaschinen weisen eine Spannzange auf, welche über Stellzylinder verdreht werden können.
Ein fahrbares Bohrgerät mit angebauter Verrohrungsmaschine ist in der DE 38 09 626 C2 offenbart. Die Verrohrungsmaschine weist einen durch Hydraulikzylinder anhebbaren und absenkbaren Tragtisch auf. Ein in den Tragtisch drehbar gelagerter Lagerring wird durch zwei am Tragtisch abgestützte Hydraulikzylinder hin- und hergedreht. Der Lagerring trägt auf einer Oberseite gegeneinander bewegbare Spannbacken, die mit einem Hydraulikzylinder geöffnet und geschlossen werden können. Mit den Spannbacken wird das Ende des Rohrstranges festgeklemmt und durch die Drehung des Lagerringes in das Erdreich eingebracht bzw. aus ihm herausgezogen.
In der DE 12 15 624 B ist eine weitere Vorrichtung zum Niederbohren einer Verrohrung in ein Tiefbohrloch offenbart. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird vor dem Zeitpunkt der jeweiligen Richtungsänderung einer zyklisch wechselnden Drehbewegung die Verrohrung nach abwärts bewegt. Die zyklisch wechselnde Drehbewegung wird mit einer am Bohrrohr befestigten Rohrschelle, deren beide Arme von Presszylindern abwechselnd hin- und herbewegt werden, bewerkstelligt. Der Rahmen für Rohrschelle und Presszylinder wird mit einem Druckzylinder in senkrechter Richtung verschoben. rungsmaschine versehen sind. Diese dienen zum Eindrehen von Stützrohren. Solche Verrohrungsmaschinen weisen eine Spannzange auf, welche über Stellzylinder verdreht werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät anzugeben, mit welchem auch besonders kraftaufwändige Bohrmaßnahmen bei einem kostengünstigen Aufbau zügig durchführbar sind. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden anzugeben.
Der vorrichtungsbezogene Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der verfahrensbezogene Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen vorgesehen sind, welche mit dem Bohrelement zur Drehmomentübertragung in Eingriff bringbar sind. Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Drehmoment auf das Bohrelement ergänzend zu einem vorhandenen Drehantrieb, üblicherweise ein Hydraulikmotor, oder ausschließlich durch zwei Zangen-Verdreheinrichtungen aufzubringen. Es kann so eine zusätzliche Drehmomentunterstützung zu dem normalen Drehantrieb zumindest zu bestimmten Zeitpunkten auf das Bohrelement ausgeübt werden. Das Bohrelement kann dabei ein Bohrwerkzeug, welches nach dem Einbringen wieder aus dem Bohrloch herausgezogen wird, ein einzubringendes Stützrohr oder ein Schraubpfahl- oder Ankerelement sein, welches unmittelbar als Gründungselement dient und im Boden verbleibt.
Die Verwendung einer Spannzange mit einem Stellzylinder zum Verdrehen der Spannzange erlaubt die Erzeugung eines sehr hohen Drehmomentes für einen begrenzten Drehwinkel. Da beim Bohren erfahrungsgemäß das maximale Bohrdrehmoment nicht während der gesamten Bohrzeit, sondern nur zu sehr begrenzten Zeitpunkten als eine Spitzenlast ansteht, kann der Bohrantrieb kostengünstig auf das normale Bohrdrehmoment ausgelegt werden. Zur Überbrückung der Drehmomentspitze können die Zangen-Verdreheinrichtungen eingesetzt werden.
Dabei ist es erfindungsgemäß, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt zueinander zur Drehmomentübertragung mit dem Bohrelement in Eingriff bringbar sind. Durch einen definierten zeitlich versetzten Betrieb der mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen lässt sich trotz eines begrenzten Drehwinkels der Zangen-Verdreheinrichtungen eine gleichmäßigere Drehmomentunterstützung und in bestimmten Fällen sogar ein quasi-kontinuierlicher Bohrbetrieb einstellen. Bei bestimmten sehr hohen Drehmomentspitzen ist es grundsätzlich auch möglich, die mehreren Zangen-Verdreheinrichtungen gleichzeitig in Betrieb zu setzen, so dass sich das maximale Drehmoment entsprechend vervielfältigt.
Für eine gewünschte Synchronisation der Zangen-Verdreheinrichtungen ist es erfindungsgemäß, dass eine Kopplung vorgesehen ist, mit welcher die Bewegungen der Zangen-Verdreheinrichtungen aufeinander abstimmbar sind. Die Kopplung kann dabei eine mechanische Kopplung sein, welche beim Bewegen einer Zangen-Verdreheinrichtung in Bohrrichtung bei der Drehmomentunterstützung gleichzeitig eine Rückstellung der zweiten Zangenverdreheinrichtung in ihre Ausgangsposition bei entsprechender Freilaufstellung der Spannzange bewirkt. In entsprechender Weise kann dann die zweite Spannzange das Bohrelement spannen und ein Drehmoment auf das Bohrelement beim Eintreiben in den Boden ausüben, während in umgekehrter Weise die erste Zangenverdreheinrichtung durch die Kopplung, insbesondere eine Kopplungsstange, rückgestellt wird. Neben dieser rein mechanischen Kopplung kann jedoch auch eine elektronische, steuerungstechnische Kopplung vorgesehen sein. Dabei sind zur Bewegung der einzelnen Zangen-Verdreheinrichtungen mit dem Bohrelement separate Stelleinrichtungen, beispielsweise hydraulische Stellzylinder, vorgesehen, welche von einer zentralen Steuerung entsprechend einem vorgegebenen Programm für eine gewünschte Synchronisation angesteuert werden. Die Kuppelstange kann selbst auch als Stellzylinder, insbesondere als Hydraulikzylinder, ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass die Zangen-Verdreheinrichtung am unteren Endbereich des Mastes befestigt sind. Dies erlaubt auch dann noch eine Drehmomentunterstützung, wenn das Bohrelement fast vollständig in den Boden eingebracht ist.
Ein effizienter Bohrbetrieb wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen in Bohrrichtung verschwenkbar und/oder verfahrbar gelagert sind. Hierdurch kann die Drehmomentunterstützung auch bei einer Vorschubbewegung des Bohrelementes auf dieses einwirken.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange zwei Spannklauen aufweist, welche mittels eines Spannzylinders zwischen einer Spannposition und einer Freilaufposition verstellbar sind. Eine verstellbare Spannzange erlaubt ein Festklemmen des Bohrelementes entlang der gesamten Länge und kann auch Durchmesserunterschiede des Bohrelementes ausgleichen. Die Spannklauen sind an das jeweilige Bohrelement anpassbar, so dass eine gute Kraftübertragung in der Spannposition und ein ausreichender Abstand zum Bohrelement in der Freilaufposition sichergestellt sind. Der Spannzylinder sowie Stellzylinder der Zangen-Verdreheinrichtung sind vorzugsweise als Hydraulikzylinder ausgelegt, welche besonders hohe Kräfte erzeugen können.
Schließlich ist es erfindungsgemäß, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche ein Drehantrieb, ein Vorschubantrieb und die Zangen-Verdreheinrichtungen aufeinander abgestimmt betreibbar sind. Die Steuereinrichtung kann dabei einen kontinuierlichen Drehantrieb, insbesondere einen Hydraulikmotor, mit den diskontinuierlichen Zangen-Verdreheinrichtungen koordinieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen vorgesehen sind, mit welchen ein Drehmoment auf das Bohrelement aufgebracht wird. Bei einem relativ einfachen Aufbau des Bohrgerätes können mit diesen Zangen-Verdreheinrichtungen in einfacher Weise relativ große Drehmomente auf das Bohrelement ausgeübt werden.
Dabei ist es erfindungsgemäß, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt ein Drehmoment auf das Bohrelement übertragen. Hierdurch kann entweder ein besonders hohes Maximaldrehmoment oder aber eine gleichmäßigere Drehmomentunterstützung oder gar ein quasi-kontinuierlicher Bohrbetrieb mittels der Zangen-Verdreheinrichtungen erreicht werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen während der Drehmomentübertragung zumindest teilweise mit dem Bohrelement in Bohrrichtung bewegt werden, bis diese in ihre Ausgangslage zurückgestellt werden, und dass eine der Zangen-Verdreheinrichtungen mit dem Bohrelement bewegt wird, während eine andere Zangen-Verdreheinrichtung in ihre Ausgangslage rückgestellt wird. Durch eine solche versetzte Betriebsweise der einzelnen Zangen-Verdreheinrichtungen lässt sich trotz eines begrenzten Drehwinkels einer Zangen-Verdreheinrichtung eine verbesserte Drehmomentunterstützung einstellen. Abhängig vom Drehwinkel der Zangen-Verdreheinrichtungen und deren Anzahl, welche auch mehr als zwei betragen können, kann hierdurch sogar ein quasi kontinuierlicher Drehbetrieb erreicht werden.
Zur Koordination oder Synchronisierung der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Antriebe ist es erfindungsgemäß, dass die Drehung eines Drehantriebes, die Vorschubbewegung des Bohrelementes und die Betätigung der Zangen-Verdreheinrichtungen aufeinander abgestimmt gesteuert werden. Dies kann über eine zentrale Steuerungseinrichtung, üblicherweise ein Computer, erfolgen.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass die Drehmomentunterstützung nur zu bestimmten Zeitspannen, insbesondere in einer Schlussphase des Bohrens, durchgeführt wird. Beim Einschrauben eines Bohrelementes in den Boden nimmt die Drehmomentlast mit zunehmender Bohrtiefe und der erhöhten Reibungsfläche zu. Die Drehmomentunterstützung erfolgt somit vorzugsweise in der Schlussphase, so dass auch zu diesem Zeitpunkt eine zuverlässige Verdrehbewegung gewährleistet ist.
Das Bohrelement kann grundsätzlich ein wieder aus dem Bohrloch entfernbares Bohrwerkzeug, beispielsweise eine Bohrschnecke oder ein anderes beliebiges kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitendes Bohrwerkzeug oder ein Stützrohr sein. Nach der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass als Bohrelement ein Schraubpfahl, insbesondere mit konischer Schraubspitze verwendet wird. Gerade beim Einschrauben derartiger Gründungspfähle mit Schraubwendeln sind üblicherweise hohe Drehmomente aufzubringen, da ein erheblicher Teil des Bodens verdrängt wird, so dass eine hohe Flächenreibung entsteht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass zu Gründungsmaßnahmen der Schraubpfahl durch lockere Bodenschichten bis zu einer festen Bodenschicht getrieben wird, wobei zum Einbringen in die feste Bodenschicht die Drehmomentunterstützung erfolgt. Schraubpfähle können somit mittels des Drehantriebes durch den lockeren Boden geschraubt und mit Unterstützung der Verrohreinrichtung effizient in festen Bodenschichten verankert werden.
Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen darstellt sind. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
Eine Seitenansicht eines Bohrgerätes mit einer Zangen-Verdreheinrichtung;
Fig. 2
eine Draufsicht auf eine Zangen-Verdreheinrichtung nach der Erfindung; und
Fig. 3
eine Seitenansicht auf eine Anordnung von zwei Zangen-Verdreheinrichtungen mit mechanischer Kopplung.
Das in Fig. 1 gezeigte Bohrgerät 10 weist ein als Raupe ausgebildetes Fahrgestell 20 auf, an welchem ein Mast 14 zwischen einer horizontalen Transportposition und einer dargestellten vertikalen Arbeitsposition verschwenkbar angelenkt ist. Der Mast 14, welcher in bekannter Weise über Hydraulikzylinder verschwenkbar ist, ist als ein sogenannter Mäkler mit einem feststehenden Grundmast 16 ausgebildet, an welchem ein Verfahrmast 15 mit einer Verfahreinrichtung verschiebbar gelagert ist.
Am Verfahrmast 15 ist über einen Vorschubantrieb 26 ein Drehantrieb 12 verschiebbar gelagert, welcher zum Antrieb eines nicht dargestellten Bohrelementes dient. Am unteren Ende des Mastes 14 sind die Zangen-Verdreheinrichtungen angeordnet, wobei bei der Darstellung von Fig. 1 aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich eine Verdreheinrichtung 30 dargestellt ist.
In Fig. 2 ist der grundsätzliche Aufbau einer Verdreheinrichtung 30 mit einer Spannzange 32 dargestellt, welche ein Bohrelement 50 umschließt. Die in Fig. 2 dargestellte Spannzange 32 befindet sich in der Freilaufposition, in welcher die Spannzange 32 allseitig von dem umschlossenen Bohrelement 50 beabstandet ist, so dass das Bohrelement 50 frei durch die Spannzange 32 in Bohrrichtung bewegt werden kann, welche senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft.
Die Spannzange 32 umfasst einen bogenförmigen Zangengrundkörper 31, an dessen beiden Enden jeweils eine Spannklaue 33, 34 verschwenkbar angelenkt ist. Die freien Enden der beiden Spannklauen 33, 34 liegen sich gegenüber und stehen mittels eines Spannzylinders 46 in Verbindung. Durch Zusammenfahren des Spannzylinders 46 können die Spannklauen 33, 34 aufeinander zu bewegt werden, wobei ein Kraftschluss mit dem Bohrelement 50 hergestellt werden kann.
Der Zangengrundkörper 31 ist über eine Länge veränderlichen Haltearm 38 mittels eines Haltelagers 40 am Mast 14 befestigt. Für eine kardanische Aufhängung weist das Haltelager 40 einen Horizontalschwenkbolzen 42 auf, welcher drehbar an einem Lagerbock 45 gehalten ist. Am Horizontalschwenkbolzen 42 ist ein vertikal gerichteter Vertikalschwenkbolzen 44 vorgesehen, an welchem das mastseitige Ende des Haltearms 38 sowie die mastseitigen Enden von zwei Stellzylindern 35, 36 verschwenkbar gelagert sind. Die Stellzylinder 35, 36 dienen zum Verdrehen der Spannzange 32 gegenüber dem Haltelager 40, wobei die spannzangenseitigen Enden der Stellzylinder 35, 36 jeweils am Zangengrundkörper 31 in den Punkten gehalten und schwenkbar gelagert sind, in welchen auch die Spannklauen 33, 34 am Zangengrundkörper 31 gelagert sind.
Das Haltelager 40 erlaubt, dass die Spannzange 32 dem eingespannten Bohrelement folgen kann, wenn dieses in Bohrrichtung bewegt wird. Bei einem Vorschub des Bohrelementes 50 im Bohrbetrieb beugt die Spannzange 32 in der Spannposition mit ihren Stellzylindern 35, 36 die Bewegung des Bohrelementes 50 zum Boden hin. Nach einem Öffnen des Spannzylinders 46 wird durch einen erneuten Drehvorgang die Spannzange 32 nach oben rückgestellt.
In der schematischen Ansicht von Fig. 3 sind eine erste Zangen-Verdreheinrichtung 30 und eine zweite Zangen-Verdreheinrichtung 70 in Bohrrichtung übereinander angeordnet, welche nur teilweise dargestellt sind. Der grundsätzliche Aufbau der beiden Zangen-Verdreheinrichtungen 30, 70 entspricht den obigen Ausführungen zu Fig. 2 mit Ausnahme der Anlenkung zum Mast.
Die beiden Zangen-Verdreheinrichtungen 30, 70 sind jeweils auf einer Schwinge 84 befestigt, welche um eine horizontale Achse schwenkbar an einem Lagerbock 82 gelagert ist, welcher wiederum an einem balkenförmigen Träger 80a bzw. 80b befestigt ist. In Ruhestellung, welche in Fig. 3 gezeigt ist, sind die beiden balkenförmigen Träger 80a, 80b horizontal gerichtet und über jeweils ein Horizontalschwenklager 86 auslenkbar an einem Grundrahmen 88 gelagert. Der Grundrahmen 88 ist mit dem Mast des Bohrgerätes fest verbindbar.
Zur mechanischen Abstimmung oder Synchronisation der Bewegungen der beiden Zangen-Verdreheinrichtungen 30, 70 ist eine Koppelstange 90 vorgesehen, welche einerseits am oberen Träger 80a zwischen dem Horizontalschwenklager 86 und dem Lagerbock 82 angelenkt ist. Andererseits ist die Koppelstange 90 mit einem Hebelarm 81 des unteren Trägers 80b gelenkig verbunden. Der Hebelarm 81 ist starr an dem balkenförmigen Träger 80b ausgebildet, jedoch erstreckt sich der Hebelarm 81 entgegengesetzt zum Träger 80b vom Horizontalschwenklager 86 weg.
Durch die diagonale Anlenkung mit der Koppelstange 90 wird bewirkt, dass bei einem nach unten Schwenken des oberen Trägers 80a der unter Träger 80b gleichzeitig nach oben geschwenkt wird. In umgekehrter Weise wird bei einer Rückstellung nach oben des oberen Trägers 80a der untere Träger 80b gleichzeitig nach unten rückgeschwenkt. Durch diese Koordination der Schwenkbewegungen der beiden Zangen-Verdreheinrichtungen 30, 70 kann eine gleichmäßigere Drehmomentunterstützung erfolgen. So wird bei der Drehmomentunterstützung durch eine Zangen-Verdreheinrichtung 30, bei welcher die Zangen-Verdreheinrichtung 30 in ihrer Spannposition mit dem Bohrelement in Bohrrichtung verschwenkt wird, gleichzeitig die andere Zangen-Verdreheinrichtung 70 in ihrer Freilaufposition in ihre obere Ausgangslage rückgeschwenkt. Es kann dann die Spannstellung der beiden Zangen-Verdreheinrichtungen 30, 70 gewechselt werden, so dass der Vorschub des Bohrelementes die dann gespannte zweite Zangen-Verdreheinrichtung 70 nach unten bewegt, wobei gleichzeitig durch diese Bewegung die obere erste Zangen-Verdreheinrichtung 30 in ihrer Freilaufposition in ihre Ausgangslange rückgestellt wird.

Claims (13)

  1. Bohrgerät zum Einbringen eines Bohrelements (50) in den Boden mit einem Drehantrieb (12), welcher an einem Mast (14) zum Einbringen des Bohrelementes (50) gelagert ist, und mit einer Zangen-Verdreheinrichtung (30), welche eine Spannzange (32) aufweist, die mittels mindestens einem Stellzylinder (35, 36) verdrehbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) vorgesehen sind und
    dass die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) mit dem vom Drehantrieb (12) angetriebenen Bohrelement (50) zur Drehmomentunterstützung in Eingriff bringbar sind.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt zueinander zur Drehmomentübertragung mit dem Bohrelement (50) in Eingriff bringbar sind.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplung vorgesehen ist, mit welcher Bewegungen der Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) aufeinander abstimmbar sind.
  4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) am unteren Endbereich des Mastes (14) befestigt sind.
  5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) in Bohrrichtung verschwenkbar und/oder verfahrbar gelagert sind.
  6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (32) zwei Spannklauen (33, 34) aufweist, welche mittels eines Spannzylinders (46) zwischen einer Spannposition und einer Freilaufposition verstellbar sind.
  7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche ein Drehantrieb (12), ein Vorschubantrieb (26) und die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) aufeinander abgestimmt betreibbar sind.
  8. Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes (50) in den Boden, insbesondere mit einem Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei auf das Bohrelement (50) mittels einer Zangen-Verdreheinrichtung (30) ein Drehmoment aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) vorgesehen sind, mit welchen zeitlich versetzt zueinander ein Drehmoment auf das Bohrelement (50) übertragen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) während der Drehmomentübertragung zumindest teilweise mit dem Bohrelement (50) in Bohrrichtung bewegt werden, bis diese in ihre Ausgangslage rückgestellt werden, und
    dass eine der Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) mit dem Bohrelement (50) bewegt wird, während eine andere Zangenverdreheinrichtung (30, 70) in ihre Ausgangslage rückgestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung eines Drehantriebs (12), die Vorschubbewegung des Bohrelementes (50) und die Betätigung der Zangen-Verdreheinrichtungen (30, 70) aufeinander abgestimmt gesteuert werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentunterstützung nur zu bestimmten Zeitspannen, insbesondere in einer Schlussphase des Bohrens, durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Bohrelement (50) ein Schraubpfahl, insbesondere mit konischer Schraubspitze, verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass zu Gründungsmaßnahmen der Schraubpfahl durch lockere Bodenschichten bis zu einer festen Bodenschicht getrieben wird, wobei zum Einbringen in die feste Bodenschicht die Drehmomentunterstützung erfolgt.
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