EP1860274B1 - Bohrspitze - Google Patents

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EP1860274B1
EP1860274B1 EP06008686A EP06008686A EP1860274B1 EP 1860274 B1 EP1860274 B1 EP 1860274B1 EP 06008686 A EP06008686 A EP 06008686A EP 06008686 A EP06008686 A EP 06008686A EP 1860274 B1 EP1860274 B1 EP 1860274B1
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EP
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plates
drilling
drill
base plate
auger bit
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Erwin Stötzer
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits

Definitions

  • the invention relates to a drill bit for an auger according to the preamble of claim 1.
  • a drill bit is for example from the EP 1 580 397 A1 known. Drill bits are subject to considerable wear and must therefore be replaced frequently. In addition, there are drilling methods in which a drill tip is intended to remain in the ground. In such a drilling method with a so-called lost drill tip these are solved by reaching a desired drilling depth of a drill pipe, so that from the drill pipe can flow out a curable suspension for creating a drill column.
  • the DE 89 08 131 U1 describes various drill bits for a trained as Verdrängerbohrer Erdbohrer.
  • One from the DE 89 08 131 U1 known embodiment of a drill bit has a centrally located, massive Verdrängerspitze and two offset by 180 °, spiral Verdrängerrippen, which are applied to a flat end portion.
  • the US 2,973,821 discloses an auger having two half tube-shaped elements.
  • the half-tube-shaped elements combine to form a tube-like linkage element, at the lower end of which a drill bit is arranged.
  • the US 3,786,876 discloses an ice drill for use in fishing.
  • the ice drill has blade elements with spiral-like cutting surfaces.
  • the drill head has a circular edge element, on the outside of which drill teeth are provided. At the edge element three rib elements are provided at an angular distance of 120 °, which protrude from the circular edge element in the drilling direction.
  • the rib members have toothed, convex edges that converge in the direction of drilling.
  • the DE 1 263 652 A describes a drill head with a rotating drum on which two support bodies are arranged. On each support body in the direction of rotation curved back segment is attached, which represents a section of a screw surface. Chisels are arranged on the segments.
  • the invention has for its object to provide a drill tip that is particularly well meet the requirements for the most cost-effective drill bits with a continued good operability.
  • a drill bit according to the invention at least two curved plates are provided which extend radially outward from a drilling axis and whose axial height decreases radially outwardly.
  • the plates, which form cutting helix run like a turbine wheel from a center region on the drilling axis radially outward. This arcuate course with the tapering to the drilling axis allows a very good centering function of the drill bit.
  • the use of simple curved plates ensures a cost-effective construction.
  • the use of simple sheet metal parts allows a cost-effective welded construction, which is particularly advantageous in the disposable use as a lost drill bit.
  • the plates are provided with the same radius of curvature and are segments of a cylindrical tube, whereby a particularly inexpensive embodiment is obtained.
  • the curved plates can therefore be manufactured in a simple manner from inexpensive tubes.
  • the arcuate curvature need not be generated separately by bending, but results in a simple manner by the tube radius.
  • the plates have approximately quarter-arc segments with triangular or trapezoidal contour.
  • an edge of the plates may extend parallel to the cylinder or bending axis and be formed in a straight line.
  • the curved plates could adjoin one another directly in the region of the drilling axis of the drill bit to be formed and be welded together. According to the invention, however, it is provided that coaxially to the drilling axis, a central element is arranged, to which the plates adjoin.
  • the center element may be formed about a rod made of a steel or other hard material. This central element can serve to increase the rigidity as well as to accurately position and reliably secure the bent plates.
  • the central element can also have a tip, which projects axially relative to the curved plates.
  • a particularly good centering function is achieved according to the invention in that three or four plates are provided, which are arranged with a uniform angular distance from each other.
  • a pipe main body is preferably provided for attachment to a drill pipe.
  • This may be, for example, a short piece of pipe made of steel, which can be rotatably connected to the drill pipe.
  • a seal in particular in a designated annular groove, be provided for sealing against the drill pipe. The tube body can be inserted into the drill pipe or pushed over the drill pipe.
  • a base plate is provided, on which the plates are arranged.
  • the curved plates on a flat edge, with which they can be reliably welded to a flat base plate.
  • the base plate is attached to the fixed bent plates on the pipe body, in particular by welding.
  • a form-fitting device for a releasable connection with a drill string can be recesses or protruding bolts or edges which can engage and cooperate with the drill string to form a bayonet closure in correspondingly designed positive-locking elements on the drill string.
  • a good centering function is achieved according to the invention in that the axes of curvature of the curved plates are arranged parallel or inclined to the drilling axis. In the inclined arrangement, the axes of curvature of the curved plates are tilted towards the drilling axis.
  • a drill bit of the type described above is arranged on the drill pipe.
  • a drilling tool can be created in particular in a reliable and cost-effective manner, a concrete element in the ground with a lost drill bit.
  • the embodiment of a drill bit 10 according to the invention according to the FIGS. 1 to 4 includes a tube body 18, which is closed at one end with a base plate 20.
  • a cylindrical center element 16 is arranged coaxially to the central axis or drilling axis 14, which is flattened at its free end.
  • two curved plates 12 are arranged on the base plate 20 and on the middle element 16.
  • the two curved plates 12 have a trapezoidal contour, as in particular from Fig. 3 can be seen.
  • the bent plates 12 are cut as a quarter-circle-shaped segments from a tube. This allows a particularly cost-effective and stable design of the plates 12th
  • the plates 12 have an axial height which corresponds to the length of the central element 16.
  • the Height of the plates decreases radially outward, so that a desired tip shape is generated.
  • the edge of the plates 12 forming a cutting edge extends approximately partially helically, which is favorable for the centering and tip function. This advantageous course results in a simple manner by a straight, but guided at a helix angle section in a tube from which the plates 12 are made.
  • the outer diameter of the round base plate 20 is greater than the outer diameter of the hollow cylindrical tube body 18.
  • recesses are used for releasably connecting the drill bit 10 to a drill string, not shown, in particular a hollow drill pipe.
  • FIGS. 5 to 7 Another embodiment of a drill bit 10 according to the invention is in the FIGS. 5 to 7 shown.
  • the tube body 18 and the base plate 20 with the recesses as form-fitting devices 22 are formed as in the previous embodiment.
  • the drill bit 10 is an inclined arrangement of the axes of curvature of the curved plates 12 to the drilling axis 14 given.
  • the central element 16 is formed as a trapezoidal or in cross-section approximately triangular body, which tapers from the base plate 20 to the free tip.
  • the actual free tip is formed in this drill bit 10 by the upper edges of the curved plates 12.
  • these are bevelled on their underside or they are, as in Fig. 5 shown, recesses provided in the base plate 20.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrspitze für einen Erdbohrer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Bohrspitze ist beispielsweise aus der EP 1 580 397 A1 bekannt. Bohrspitzen sind einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt und müssen daher häufig ausgewechselt werden. Zudem gibt es Bohrverfahren, bei denen eine Bohrspitze bestimmungsgemäß im Boden verbleibt. Bei solchen Bohrverfahren mit einer so genannten verlorenen Bohrspitze werden diese bei Erreichen einer gewünschten Bohrtiefe von einem Bohrrohr gelöst, so dass aus dem Bohrrohr eine aushärtbare Suspension zur Erstellung einer Bohrsäule ausströmen kann.
  • Es besteht daher das Interesse, derartige Bohrspitzen möglichst kostengünstig jedoch bei einer weiter guten Funktionsfähigkeit auszuführen, welche für ein möglichst verlauffreies Abbohren in den Erdboden nötig ist. Zu diesem Zweck lehrt die EP 1 580 397 A1 eine Bohrspitze aus einfachen Blechplatten zu fertigen.
  • Die DE 89 08 131 U1 beschreibt verschiedene Bohrspitzen für einen als Verdrängerbohrer ausgebildeten Erdbohrer. Eine aus der DE 89 08 131 U1 bekannte Ausführungsform einer Bohrspitze weist eine mittig angeordnete, massive Verdrängerspitze sowie zwei um 180° versetzte, spiralige Verdrängerrippen auf, die auf ein ebenes Endteil aufgebracht sind.
  • Die US 2,973,821 offenbart einen Erdbohrer, der zwei halbröhrenförmige Elemente aufweist. Die halbröhrenförmigen Elemente vereinigen sich zu einem rohrartigen Gestängeelement, an dessen unterem Ende eine Bohrspitze angeordnet ist.
  • Die US 3,786,876 offenbart einen Eisbohrer zur Verwendung beim Fischen. Der Eisbohrer weist Klingenelemente mit spiralartigen Schneideoberflächen auf.
  • Aus der US 3,763,942 geht ein Bohrkopf, beispielsweise zum Gesteinsbohren, hervor. Der Bohrkopf weist ein kreisförmiges Randelement auf, an dessen Außenseite Bohrzähne vorgesehen sind. Am Randelement sind unter einem Winkelabstand von 120° drei Rippenelemente vorgesehen, die vom kreisförmigen Randelement in Bohrrichtung vorstehen. Die Rippenelemente weisen zahnbesetzte, konvexe Kanten auf, die in Bohrrichtung konvergieren.
  • Die DE 1 263 652 A beschreibt einen Bohrkopf mit einer rotierenden Trommel, auf der zwei Tragkörper angeordnet sind. Auf jedem Tragkörper ist ein in Drehrichtung nach hinten gekrümmtes Segment befestigt, das einen Ausschnitt aus einer Schraubenfläche darstellt. Auf den Segmenten sind Meißel angeordnet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrspitze anzugeben, die den Anforderungen nach möglichst kostengünstigen Bohrspitzen bei einer weiter guten Funktionsfähigkeit besonders gut gerecht wird.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Bohrspitze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Bohrspitze sind mindestens zwei gebogene Platten vorgesehen, welche sich von einer Bohrachse radial nach außen erstrecken und deren axiale Höhe radial nach außen abnimmt. Bei der erfindungsgemäßen Bohrspitze verlaufen die Platten, welche Schneidwendel bilden, turbinenradartig von einem Mittenbereich an der Bohrachse radial nach außen. Dieser bogenförmige Verlauf mit der Zuspitzung zur Bohrachse hin ermöglicht eine sehr gute Zentrierfunktion der Bohrspitze. Gleichzeitig sorgt die Verwendung einfacher gebogener Platten für einen kostengünstigen Aufbau. Die Verwendung einfacher Blechteile erlaubt eine kostengünstige Schweißkonstruktion, was insbesondere bei der Einwegverwendung als verlorene Bohrspitze vorteilhaft ist.
  • Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Platten mit gleichem Krümmungsradius versehen sind und Segmente eines zylindrischen Rohres sind, wodurch eine besonders kostengünstige Ausgestaltung erhalten wird. Die gebogenen Platten können also in einfacher Weise aus kostengünstigen Rohren gefertigt werden. Die bogenförmige Krümmung muss nicht gesondert durch Biegen erzeugt werden, sondern ergibt sich in einfacher Weise durch den Rohrradius.
  • Für eine gute Zentrierfunktion ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass die Platten etwa viertelkreisbogenförmige Segmente mit dreieckiger oder trapezförmiger Kontur aufweisen. Dabei kann eine Kante der Platten parallel zur Zylinder- oder Biegeachse verlaufen und geradlinig ausgebildet sein.
  • Grundsätzlich könnten die gebogenen Platten im Bereich der Bohrachse der zu bildenden Bohrspitze unmittelbar aneinander grenzen und miteinander verschweißt sein. Nach der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass koaxial zur Bohrachse ein Mittenelement angeordnet ist, an welches die Platten angrenzen. Das Mittenelement kann etwa eine Stange aus einem Stahl oder einem anderen harten Material gebildet sein. Dieses Mittenelement kann zur Erhöhung der Steifigkeit sowie zur genauen Positionierung und zuverlässigen Befestigung der gebogenen Platten dienen. Grundsätzlich kann das Mittenelement auch eine Spitze aufweisen, welche axial gegenüber den gebogenen Platten vorsteht.
  • Eine besonders gute Zentrierfunktion wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass drei oder vier Platten vorgesehen sind, welche mit einem gleichmäßigen Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
  • Bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Bohrspitze zum Anbringen an einem Bohrrohr ein Rohrgrundkörper vorgesehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein kurzes Rohrstück aus Stahl handeln, das mit dem Bohrrohr drehfest verbunden werden kann. Durch den Rohrgrundkörper wird die Stabilität des Aufbaus weiter erhöht. An dem Rohrgrundkörper kann eine Dichtung, insbesondere in einer dafür vorgesehenen Ringnut, zum Abdichten gegenüber dem Bohrrohr vorgesehen sein. Der Rohrgrundkörper kann in das Bohrrohr eingeführt oder über das Bohrrohr geschoben werden.
  • Erfindungsgemäß ist es weiter, dass eine Grundplatte vorgesehen ist, an welcher die Platten angeordnet sind. Hierzu weisen die gebogenen Platten eine ebene Kante auf, mit welcher diese zuverlässig auf eine ebene Grundplatte aufgeschweißt werden können. Grundsätzlich ist es aber auch mögdie gebogenen Platten direkt auf den Rohrgrundkörper aufzuschweißen. Für eine gute Dichtigkeit sowie eine hohe Stabilität ist es jedoch bevorzugt, dass die Grundplatte mit den befestigten gebogenen Platten am Rohrgrundkörper insbesondere durch Schweißen befestigt wird.
  • Nach der Erfindung ist es besonders zweckmäßig, das am Rohrgrundkörper oder der Grundplatte eine Formschlusseinrichtung für eine lösbare Verbindung mit einem Bohrgestänge vorgesehen ist. Dies können Ausnehmungen oder vorstehende Bolzen oder Kanten sein, die zur Bildung eines Bajonettverschlusses in hierzu korrespondierend ausgebildeten Formschlusselementen am Bohrgestänge eingreifen und mit diesen zusammenwirken können.
  • Eine gute Zentrierfunktion wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Krümmungsachsen der gebogenen Platten parallel oder geneigt zu der Bohrachse angeordnet sind. Bei der geneigten Anordnung sind die Krümmungsachsen der gebogenen Platten zur Bohrachse hin verkippt.
  • Bei einem Bohrwerkzeug mit einem Bohrgestänge, insbesondere einem Bohrrohr ist es erfindungsgemäß, dass an dem Bohrgestänge eine Bohrspitze der vorbeschriebenen Art angeordnet ist. Mit einem solchen Bohrwerkzeug kann insbesondere in zuverlässiger und kostengünstiger Weise ein Betonelement im Boden mit einer verlorenen Bohrspitze erstellt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrspitze;
    Fig. 2
    eine um 90° gedrehte zweite Seitenansicht der Bohrspitze von Fig. 1;
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht der Bohrspitze von Fig. 1;
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf die Bohrspitze von Fig. 1 von oben;
    Fig. 5
    eine erste Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bohrspitze;
    Fig. 6
    eine um 90° gedrehte zweite Seitenansicht der Bohrspitze von Fig. 5; und
    Fig. 7
    eine Draufsicht auf die Bohrspitze von Fig. 5.
  • Das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrspitze 10 gemäß den Figuren 1 bis 4 umfasst einen Rohrgrundkörper 18, welcher an einem Ende mit einer Grundplatte 20 verschlossen ist. Auf der ebenen Grundplatte 20 ist koaxial zur Mittelachse oder Bohrachse 14 ein zylindrisches Mittenelement 16 angeordnet, das an seinem freien Ende abgeflacht ist.
  • Zur Bildung von Schneidwendeln sind zwei gebogene Platten 12 an der Grundplatte 20 und an dem Mittenelement 16 angeordnet. Die beiden gebogenen Platten 12 weisen eine trapezförmige Kontur auf, wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die gebogenen Platten 12 als viertelkreisförmige Segmente aus einem Rohr geschnitten. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige und stabile Ausgestaltung der Platten 12.
  • An dem Mittenelement 16 weisen die Platten 12 eine axiale Höhe auf, welche der Länge des Mittenelementes 16 entspricht. Die Höhe der Platten nimmt radial nach außen hin ab, so dass eine gewünschte Spitzenform erzeugt wird. Die eine Schneidkante bildende Randkante der Platten 12 verläuft etwa teilhelixförmig, was günstig für die Zentrier- und Spitzenfunktion ist. Dieser vorteilhafte Verlauf ergibt sich in einfacher Weise durch einen geraden, jedoch unter einem Schrägungswinkel geführten Schnitt in ein Rohr, aus welchem die Platten 12 gefertigt werden.
  • Durch die Anordnung des Mittenelementes 16 sind die beiden um 180° zueinander versetzten Platten 12 gegenüber der Bohrachse 14 leicht versetzt, wobei sich ein gewünschter turbinenartiger Verlauf der gebogenen Platten 12 ergibt, wie anschaulich aus Fig. 4 zu ersehen ist.
    Der Außendurchmesser der runden Grundplatte 20 ist größer als der Außendurchmesser des hohlzylindrischen Rohrgrundkörpers 18. An zwei Seitenbereichen der Grundplatte 20 sind zum Bilden einer Formschlusseinrichtung 22 Ausnehmungen vorgesehen. Diese Ausnehmungen dienen zum lösbaren Verbinden der Bohrspitze 10 an einem nicht dargestellten Bohrgestänge, insbesondere einem hohlen Bohrrohr. Mittels der Formschlusseinrichtung 22, insbesondere der dadurch gebildeten radial vorstehenden Kanten, kann in einfacher Weise das Bohrdrehmoment von dem Bohrgestänge auf die Bohrspitze übertragen werden.
  • Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrspitze 10 ist in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Der Rohrgrundkörper 18 und die Grundplatte 20 mit den Ausnehmungen als Formschlusseinrichtungen 22 sind wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ausgebildet. Während bei der vorausgehend beschriebenen Bohrspitze die Krümmungsachsen der gebogenen Platten 12 parallel zur Bohrachse verlaufen, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Bohrspitze 10 eine geneigte Anordnung der Krümmungsachsen der gebogenen Platten 12 zur Bohrachse 14 gegeben. Hierdurch kann eine zur Bohrachse 14 konvergierende Anordnung der gebogenen Platten 12 erreicht werden. Entsprechend dieser verjüngenden Anordnung ist das Mittenelement 16 als ein trapezförmiger oder im Querschnitt etwa dreieckiger Körper ausgebildet, welcher sich von der Grundplatte 20 zur freien Spitze hin verjüngt. Die eigentliche freie Spitze wird bei dieser Bohrspitze 10 durch die oberen Kanten der gebogenen Platten 12 gebildet. Für die verkippte Anordnung der gebogenen Platten 12 sind diese an ihrer Unterseite angeschrägt oder es sind, wie in Fig. 5 gezeigt, Ausnehmungen in der Grundplatte 20 vorgesehen.

Claims (7)

  1. Bohrspitze für einen Erdbohrer, mit
    einer Grundplatte (20),
    mindestens zwei gebogenen Platten (12), welche an der Grundplatte (20) befestigt sind, welche sich von einer Bohrachse (14) radial nach außen erstrecken und deren axiale Höhe radial nach außen abnimmt, und
    einem Mittenelement (16), das koaxial zur Bohrachse (14) auf der Grundplatte (20) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass die Platten (12) Segmente eines zylindrischen Rohres sind und mit gleichem Krümmungsradius versehen sind, und
    dass die Platten (12) an das Mittenelement (16) angrenzen und das Mittenelement (16) zur Befestigung der gebogenen Platten (12) dient.
  2. Bohrspitze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass die Platten (12) etwa viertelkreisbogenförmige Segmente mit dreieckiger oder trapezförmiger Kontur aufweisen.
  3. Bohrspitze nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass drei oder vier Platten (12) vorgesehen sind, welche mit gleichmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
  4. Bohrspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass die Krümmungsachsen der gebogenen Platten (12) parallel oder geneigt zu der Bohrachse (14) angeordnet sind.
  5. Bohrspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass zum Anbringen an ein Bohrgestänge ein Rohrgrundkörper (18) vorgesehen ist.
  6. Bohrspitze nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass am Rohrgrundkörper (18) oder der Grundplatte (20) eine Formschlusseinrichtung (22) für eine lösbare Verbindung mit einem Bohrgestänge vorgesehen ist.
  7. Bohrwerkzeug mit einem Bohrgestänge, insbesondere einem Bohrrohr,
    dadurch gekennzeichnet ,
    dass an dem Bohrgestänge eine Bohrspitze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
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