EP2011958A1 - Erdbohrer - Google Patents

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EP2011958A1
EP2011958A1 EP07013318A EP07013318A EP2011958A1 EP 2011958 A1 EP2011958 A1 EP 2011958A1 EP 07013318 A EP07013318 A EP 07013318A EP 07013318 A EP07013318 A EP 07013318A EP 2011958 A1 EP2011958 A1 EP 2011958A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting edge
drilling axis
auger
cutting
helix
Prior art date
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Granted
Application number
EP07013318A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2011958B1 (de
Inventor
Stefan Michael Finkenzeller
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
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Priority to AT07013318T priority patent/ATE442511T1/de
Priority to EP07013318A priority patent/EP2011958B1/de
Priority to ES07013318T priority patent/ES2331435T3/es
Publication of EP2011958A1 publication Critical patent/EP2011958A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2011958B1 publication Critical patent/EP2011958B1/de
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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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/201—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes with helical conveying means

Definitions

  • the invention relates to an auger according to the preamble of claim 1.
  • Such auger is formed with a drill shank extending coaxially to a drilling axis, wherein in a lower portion of the drill shank, processing means are provided for working off existing soil material and in an upper region of the Bohrschaftes a connecting device for a rotary drive is provided, a coil which extends along the drill shank, and a cutting edge, which is provided in particular in a lower region of the helix.
  • Such an auger is for example from the DE 10 2005 011 120 A1 known.
  • This document describes a worm drill with a drilling helix, which is formed in a bottom tapered region helically tapering towards the drill bit, wherein in this tapering region along an outer edge of the drill helix a cutting edge is formed with drill teeth.
  • augers with helices which are provided on a the ground to be processed lower side processing means with cutting teeth, are from the US 4,553,612 , of the US 4,228,862 and the EP 1 085 166 A1 known.
  • the object of the invention is to provide an auger with a particularly high cutting performance, which is particularly suitable for drilling hard rock layers.
  • the auger according to the invention is characterized in that the cutting edge is formed degressive at least in sections, wherein a distance of the cutting edge of the drilling axis decreases with increasing height of the cutting edge along the drilling axis.
  • a basic idea of the invention can be seen to provide, at the lower end of the helix, a cutting edge running obliquely to the drilling axis, the radial distance of which from the drilling axis pointing upwards, i. especially with increasing distance from the upcoming soil, decreases.
  • This basic idea of the invention makes it possible, for example, to design the cutting edge in such a way that, when the auger is operating at the bottom of the borehole, a rock projection projecting conically towards the drill is produced coaxially with the drilling axis. This projection can be used to guide the auger during further drilling, so that a particularly precise bore with high cutting performance is possible.
  • the processing means may, for example, be cutting teeth.
  • the rotary drive is used to rotate the auger around the drilling axis. It can be designed in particular as a hydraulic rotary drive.
  • the connecting device may for example be a detachable polygonal coupling, by means of which the drill shaft with a drill pipe or directly to the rotary drive rotatably connected.
  • the cutting action can be improved by making the cutting edge concavely curved.
  • This may in particular be understood to mean that the cutting edge is curved in the helix.
  • the cutting edge in drilling operation projects in its radially inner and / or its radially outer regions with respect to the edge center.
  • material worked off by the cutting edge is not radially displaced away from the cutting edge, but is conveyed towards the center of the cutting edge, so that a particularly effective comminution of soil material is possible.
  • the cutting edge may in particular be helical or spiral-shaped.
  • a radius of curvature of the cutting edge increases with increasing distance from the drilling axis.
  • the cutting edge in the region of the drilling axis in plan view extend approximately radially to the drilling axis, with increasing distance from the drilling axis, a direction component in the circumferential direction to the drilling axis increases more and more.
  • the cutting edge in the vicinity of the drilling axis can be made steeply to the upcoming ground.
  • Radially outward, ie to areas in which the speed is greater with rotation, the angle of attack can be flatter and flatter. In particular, this makes it possible to ensure that each cutting edge section has to cope with approximately the same cutting volume during operation, and thus a uniform load along the cutting edge is provided.
  • variable radius of curvature can be provided that the cutting edge has the shape of a spiral portion which tapers with increasing height.
  • a variable radius of curvature allows in particular to choose the radius of curvature in the region of the drilling axis smaller than half the cross-sectional radius of the auger.
  • the cutting edge is suitably designed so that the curve formed by it intersects the drilling axis.
  • the cutting performance can be further improved by providing cutting tools on the cutting edge.
  • the cutting tools may be, for example, cutting teeth, in particular around round shank bits and / or flat teeth.
  • the cutting tools are preferably fixed at an angle to the cutting edge. In particular, they can be arranged on the cutting edge projecting downwards.
  • recesses in the helix are suitably provided on the cutting edge, in which the cutting tools are mounted.
  • the distances between adjacent cutting tools on the cutting edge are suitably chosen so that each cutting tool has to handle about the same cutting volume. As a result, a uniform stress on the cutting tools can be obtained. For this reason in particular, it is advantageous that a spacing of adjacent cutting tools varies with the distance of the cutting edge from the drilling axis and / or the radius of curvature of the cutting edge. For example, it can be provided that a spacing of adjacent cutting tools increases at least in sections as the spacing of the cutting edge from the drilling axis and / or with increasing radius of curvature increases.
  • the helix it is advantageous for the helix to begin at a distance from the drill shaft in a radially outer region in the lower region and / or in the region of the cutting edge, to approach the drilling axis more and more radially with increasing height along the drilling axis, and in particular with a further increasing height finally reaching the drill shaft. It is particularly preferred that the helix width measured in particular in the radial direction in the region of the cutting edge increases with increasing height along the drilling axis. With such an arrangement, a particularly good drilling progress can be achieved.
  • the slope, i. the pitch of the helix is suitably constant at least at the level of the cutting edge.
  • the helix in order to concentrate the cutting action of the helix on the cutting edge, it is furthermore advantageous for the helix to have an outer edge which, at least at the level of the cutting edge, extends on a cylinder jacket surface.
  • the helix can extend from the cylinder jacket surface and widen with increasing height ever wider, so that it comes closer and closer to the drilling axis.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that at least at the level of the cutting edge, a jacket tube is provided, with which the helix is connected at its outer edge, in particular welded.
  • the jacket tube can stabilize the helix, which is particularly advantageous when the helix is spaced from the drill shank in the region of its cutting edge.
  • the jacket tube and / or the drill shank are suitably arranged coaxially to the drilling axis.
  • the helix may be offset upwards relative to the lower end face of the jacket tube.
  • the jacket tube is not flat at its upper end but helical completed, the helical end edge can preferably follow the helix.
  • cutting tools are provided on the front side, in particular on the lower end side, on the jacket tube. These may be, for example, cutting teeth, in particular round shank bits.
  • the caliber tools may be, in particular, caliber ledges that run, for example, parallel to the drilling axis.
  • caliber tools By provided on the cylinder outer surface caliber tools can be counteracted setting of cuttings between casing pipe and borehole.
  • the cutting performance can be further increased by providing two coils each having at least one cutting edge at least in the lower region of the earth borer.
  • both cutting edges are formed as described and arranged in particular axially symmetrical.
  • the material costs for the auger can be reduced while maintaining good cutting performance, that the helices have a different height.
  • the auger has two spirals in the region of the jacket tube, only one of which extends upward for further conveying the cuttings along the drill shank, while the second ends in the region of the jacket tube.
  • the height of the shorter second coil may be about one to one two pitches amount. If two coils are provided, their cutting edges are suitably arranged at the same height. If the second coil is formed shorter than the first coil can also be provided to arrange the second coil longitudinally offset to the drill shaft. The second coil can be carried in particular by the outer jacket tube.
  • a guide tube is provided in the upper region of the drill shank, which surrounds the drill shank in particular coaxially.
  • This guide tube can guide the auger radially on the borehole wall, so that particularly high contact pressures are possible with high directional stability.
  • the guide tube and the jacket tube have at least approximately the same outer diameter, so that both tubes can fulfill a guiding function.
  • the guide tube is suitably axially spaced from the jacket tube.
  • the auger can accommodate a particularly large amount of material in its helix, it can be provided that at least one of the helices extends into the guide tube.
  • the helix can be radially spaced from the guide tube and in particular at the level of the guide tube upwardly have a radial taper.
  • the guide tube may have a taper in its upper region, wherein the tube diameter towards the top, in particular conical, decreases. This can be counteracted tilting of the guide tube in the borehole while pulling the auger. Due to the radial taper, the guide tube may have a bell-shaped form. At the upper end side of the guide tube, a radial, e.g. be provided annular element.
  • At least one spacer extending radially to the drilling axis can be provided between the guide tube and the drill shank, which spacer can in particular be of annular design.
  • plate-like spacers may be provided between the guide tube and the drill shank, which extend axially and radially to the drilling axis, and which are arranged in particular like ribs and / or star-shaped.
  • At least one passage opening is provided in at least one spacer and / or in the guide tube, which allows a passage of material, in particular a water and / or air passage, during operation of the auger in the borehole and thus reduces the applied axial and / or rotational forces.
  • the earth drill according to the invention can be provided in particular for large drilling rigs.
  • the helix may have a diameter of 0.5 m or more.
  • the helix is suitably welded to the drill shank.
  • an earth boring device can be provided with a chassis on which the auger invention is rotatably mounted and axially displaceable.
  • the invention also relates to a method for creating a hole in the ground, which is characterized in that an earth drill according to the invention is rotated about the drilling axis and retracted in the direction of the drilling axis, in particular repeatedly, into the ground, wherein processed with the cutting edge pending soil material is and the processed material is preferably stored in the helix.
  • FIGS. 1 to 4 An embodiment of an earth drill according to the invention is shown schematically in the FIGS. 1 to 4 shown.
  • the illustrated auger has a cylindrical tube-shaped drill shank 2, in the upper region 11 of which a connecting device 6 designed as a square coupling is provided is provided for producing a rotationally fixed connection with a rotary drive, not shown in the figures.
  • a connecting device 6 designed as a square coupling is provided for producing a rotationally fixed connection with a rotary drive, not shown in the figures.
  • the drill shank 2 can be set in rotation about the drilling axis 1 arranged centrally and coaxially with the drill shank 2.
  • the auger also has a first helix 21 which extends along the drill shank 2 and which is welded to the outer wall of the drill shank 2. Offset by an angle of 180 ° about the drilling axis 1 to the first helix 21, a second helix 22 is provided on the drill shank 2, which is also welded to the drill shank 2.
  • the two helices 21 and 22 are formed as worm helices and have the same pitch and at least in the lower region 12 of the drill shank 2 also the same diameter.
  • the second helix 22 has a smaller height, wherein the height of the second helix 22 may preferably be one to two pitches.
  • a cylindrical jacket tube 30 is provided, which surrounds the drill shank 2 in regions coaxially, but also projecting axially beyond the drill shank 2 downwards.
  • This jacket tube 30 is connected at the outer edge 25 of the first coil 21 to the first coil 21 and connected to the outer edge 26 of the second coil 22 with the second coil 22, wherein the connection is preferably a welded connection.
  • the jacket tube 30 is thus held by means of the helices 21 and 22 on the drill shaft 2.
  • the almond tube 2 is substantially flat finished.
  • the connecting device 6 facing end of the jacket tube 30 follows the coils 21 and 22 and ends along the outer edges 25 and 26, so that the jacket tube 30 is completed helically on its upper side.
  • the height of the jacket tube 30 in the direction of the drilling axis 1 is approximately a pitch of the helix 21 and / or 22.
  • the coils 21, 22 begin in the lower portion 12 of the drill shank 2 on the casing tube 30 and widen with increasing height (arrow h in Fig. 3 ) in the radial direction to the drilling axis 1, wherein they continue to remain connected at its outer edge 25 and 26 with the jacket tube 30.
  • cutting edges 23 and 24 are formed on the helices 21, 22, the radial distance to the drilling axis 1 with increasing height (arrow h in Fig. 3 ), and which are convexly curved into the helix 21 or 22, respectively.
  • the radius of curvature of the cutting edges 23 and 24 thereby decreases with increasing distance from the drilling axis 1.
  • the cutting edges 23 and 24 are thus degressive, ie their distance from the drilling axis 1 decreases with increasing height along the drilling axis 1 from.
  • the degressive cutting edges 23 and 24 at the inner edges of the helices 21 and 22 point inwards and upwards.
  • FIGS. 1 . 3 and 4 show how the particular FIGS. 1 . 3 and 4 show, the curved cutting edges 23 and 24 are occupied along its extension with a series of cutting tools 27, which are formed as a round shank chisel. As in Fig. 4 is shown, recesses 29 are provided for receiving the trained as a round shank cutting tools 27 at the cutting edges 23 and 24.
  • caliber tools 39 designed as caliber strips are provided on the jacket tube 30, which extend along the drilling axis 1 and counteract the setting of cuttings.
  • a further cutting tool 61 is provided in the lower region 12 on the front side of the drill shaft 2, which is connected via a conical adapter element 62 with the drill shank 2.
  • a guide tube 50 is provided which surrounds the drill shank 2 coaxially.
  • the first coil 21 extends under diameter taper into the guide tube 50, while the second coil 22 ends below the guide tube 50.
  • the guide tube 50 has a tapering region 51, in which the tube 50 tapers conically upwards.
  • annular spacer 53 For fixing the guide tube 50 to the drill shank 2, an annular spacer 53 is provided, which extends radially with respect to the drill axis 1 from the drill shank 2 to the guide tube 50. Further, 53 axially extending plate-shaped rib members 54 are provided perpendicular to the spacer 53 above the spacer, which also extend from the drill shank 2 to the guide tube 50 back. Both in the spacer 53 and in the rib members 54 through openings 55 and 56 are provided, which allow a flow of liquid during operation of the auger.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Erdbohrer mit einem Bohrschaft (2), der sich koaxial zu einer Bohrachse (1) erstreckt, wobei in einem unteren Bereich (12) des Bohrschaftes (2) Abarbeitungsmittel zum Abarbeiten von anstehendem Bodenmaterial vorgesehen sind und in einem oberen Bereich (11) des Bohrschaftes (2) eine Verbindungseinrichtung (6) für einen Drehantrieb vorgesehen ist, einer Wendel (21,22), die längs des Bohrschaftes (2) verläuft, und einer Schneidkante (23,24), die in einem unteren Bereich der Wendel (21,22) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Abstand der Schneidkante von der Bohrachse zumindest abschnittsweise mit zunehmender Höhe der Schneidkante entlang der Bohrachse abnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Erdbohrer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Erdbohrer ist ausgebildet mit einem Bohrschaft, der sich koaxial zu einer Bohrachse erstreckt, wobei in einem unteren Bereich des Bohrschaftes Abarbeitungsmittel zum Abarbeiten von anstehendem Bodenmaterial vorgesehen sind und in einem oberen Bereich des Bohrschaftes eine Verbindungseinrichtung für einen Drehantrieb vorgesehen ist, einer Wendel, die längs des Bohrschaftes verläuft, und einer Schneidkante, die insbesondere in einem unteren Bereich der Wendel vorgesehen ist.
  • Ein derartiger Erdbohrer ist beispielsweise aus der DE 10 2005 011 120 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt einen Schneckenbohrer mit einer Bohrwendel, welche in einem bodenseitigen Verjüngungsbereich spiralförmig zur Bohrspitze hin verjüngend ausgebildet ist, wobei in diesem Verjüngungsbereich entlang einer Außenkante der Bohrwendel eine Schneidkante mit Bohrzähnen gebildet ist.
  • Ein weiterer Schneckenbohrer geht aus der DE 296 12 342 U1 hervor. Diese Druckschrift offenbart einen so genannten Progressivschnecken-Bohrer, bei dem zur Erzielung einer progressiven Schneckenform die Bohrwendel einen zur Bohrspitze hin abnehmenden radialen Überstand über den Bohrstrang aufweist. Durch diese Formgebung wirkt die Wendel beim regulären Bohrbetrieb hauptsächlich mit ihrer äußeren Kante in radialer Richtung.
  • Weitere Erdbohrer mit Wendeln, bei denen auf einer dem abzuarbeitenden Boden zugewandten unteren Seite Abarbeitungsmittel mit Schneidzähnen vorgesehen sind, sind aus der US 4,553,612 , der US 4,228,862 und der EP 1 085 166 A1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erdbohrer mit einer besonders hohen Schneidleistung anzugeben, der insbesondere zum Bohren von harten Gesteinsschichten geeignet ist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Erdbohrer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Erdbohrer ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante zumindest abschnittsweise degressiv ausgebildet ist, wobei ein Abstand der Schneidkante von der Bohrachse mit zunehmender Höhe der Schneidkante entlang der Bohrachse abnimmt.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, am unteren Ende der Wendel eine schräg zur Bohrachse verlaufende Schneidkante vorzusehen, deren radialer Abstand von der Bohrachse nach oben hin, d.h. insbesondere mit zunehmenden Abstand vom anstehenden Erdboden, abnimmt. Dieser Grundgedanke der Erfindung erlaubt es beispielsweise, die Schneidkante so auszugestalten, dass beim Betrieb des Erdbohrers am Bohrlochgrund ein kegelartig zum Bohrer vorstehender Gesteinsvorsprung koaxial zur Bohrachse entsteht. Dieser Vorsprung kann beim weiteren Abbohren zur Führung des Erdbohrers dienen, so dass eine besonders präzise Bohrung bei hoher Schneidleistung möglich ist.
  • Soweit nach der Erfindung eine Änderung von Abmessungen "mit zunehmender Höhe" und/oder "nach oben hin" angegeben ist, soll dies beinhalten, dass die Abmessungsänderung mit zunehmendem Abstand vom unteren Bereich des Bohrschaftes mit den Abarbeitungsmitteln und/oder mit abnehmendem Abstand vom oberen Bereich des Bohrschaftes mit der Verbindungseinrichtung eintritt. Unter dem "unteren Bereich" des Bohrschaftes kann insbesondere der Bereich verstanden werden, der beim regulären Bohrbetrieb vorauseilend angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Erdbohrer ist jedoch sowohl für das Vertikalbohren als auch für das Schrägbohren, Horizontalbohren und Deckenbohren geeignet. In den letztgenannten Fällen sind die Bezeichnungen "unten" und "oben" nicht mit Bezug auf den Erdmittelpunkt sondern mit Bezug auf den jeweiligen Bohrlochgrund zu sehen.
  • Bei den Abarbeitungsmitteln kann es sich beispielsweise um Schneidzähne handeln. Der Drehantrieb dient zur Drehung des Erdbohrers um die Bohrachse. Er kann insbesondere als Hydraulikdrehantrieb ausgebildet sein. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise eine lösbare Mehrkantkupplung sein, mittels welcher der Bohrschaft mit einem Bohrrohr oder unmittelbar mit dem Drehantrieb drehfest verbindbar ist.
  • Die Schneidwirkung kann dadurch verbessert werden, dass die Schneidkante konkav gekrümmt ausgebildet ist. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass die Schneidkante in die Wendel hinein gewölbt ausgebildet ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Schneidkante beim Bohrbetrieb in ihren radial innen liegenden und/oder ihren radial außen liegenden Bereichen gegenüber der Kantenmitte vorauseilt. Hierdurch kann wiederum gewährleistet werden, dass von der Schneidkante abgearbeitetes Material nicht radial von der Schneidkante hinwegverdrängt wird, sondern zur Schneidkantenmitte hin gefördert wird, so dass eine besonders wirksame Zerkleinerung von Bodenmaterial möglich ist. Die Schneidkante kann insbesondere schraubenartig oder spiralartig ausgebildet sein.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein Krümmungsradius der Schneidkante mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse zunimmt. Insbesondere kann die Schneidkante im Bereich der Bohrachse in Draufsicht etwa radial zur Bohrachse verlaufen, wobei mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung zur Bohrachse immer stärker zunimmt. Durch einen variablen Krümmungsradius kann insbesondere berücksichtigt werden, dass die Geschwindigkeit der Schneidkante relativ zum anstehenden Bodenmaterial bei gleicher Drehzahl mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse immer weiter zunimmt. Aufgrund des zunehmenden Krümmungsradius der Schneidkante mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse kann die Schneidkante in der Umgebung der Bohrachse, wo die Geschwindigkeit der Schneidkante bei Drehung um die Bohrachse relativ klein ist, steil zum anstehenden Boden angestellt sein. Radial nach außen hin, also zu Bereichen hin, in denen die Geschwindigkeit bei Drehung größer ist, kann der Anstellwinkel hingegen immer flacher werden. Insbesondere kann hierdurch gewährleistet werden, dass jeder Schneidkantenabschnitt beim Betrieb etwa dasselbe Schnittvolumen zu bewältigen hat und somit eine gleichmäßige Beanspruchung entlang der Schneidkante gegeben ist.
  • Insbesondere bei veränderlichem Krümmungsradius kann vorgesehen sein, dass die Schneidkante die Form eines Spiralenabschnitts aufweist, der sich mit zunehmender Höhe verjüngt. Ein veränderlicher Krümmungsradius erlaubt insbesondere, den Krümmungsradius im Bereich der Bohrachse kleiner als den halben Querschnittsradius des Erdbohrers zu wählen. Die Schneidkante ist geeigneterweise so ausgebildet, dass die durch sie gebildete Kurve die Bohrachse schneidet.
  • Die Schneidleistung kann weiter dadurch verbessert werden, dass an der Schneidkante Schneidwerkzeuge vorgesehen sind. Bei den Schneidwerkzeugen kann es sich beispielsweise um Schneidzähne, insbesondere um Rundschaftmeißel und/oder Flachzähne handeln. Die Schneidwerkzeuge sind vorzugsweise winklig zur Schneidkante befestigt. Sie können insbesondere nach unten vorstehend an der Schneidkante angeordnet sein. Für eine besonders sichere Befestigung der Schneidwerkzeuge sind an der Schneidkante geeigneterweise Ausnehmungen in der Wendel vorgesehen, in denen die Schneidwerkzeuge gehaltert sind.
  • Die Abstände zwischen benachbarten Schneidwerkzeugen auf der Schneidkante sind geeigneterweise so gewählt, dass jedes Schneidwerkzeug etwa dasselbe Schnittvolumen zu bewältigen hat. Hierdurch kann eine gleichmäßige Beanspruchung der Schneidwerkzeuge erhalten werden. Insbesondere aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, dass ein Abstand benachbarter Schneidwerkzeuge mit dem Abstand der Schneidkante von der Bohrachse und/oder dem Krümmungsradius der Schneidkante variiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Abstand benachbarter Schneidwerkzeuge mit zunehmendem Abstand der Schneidkante von der Bohrachse und/oder mit zunehmendem Krümmungsradius zumindest abschnittsweise zunimmt.
  • Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Wendel im unteren Bereich und/oder im Bereich der Schneidkante in einem radial außen liegenden Bereich vom Bohrschaft beabstandet anfängt, sich der Bohrachse mit zunehmender Höhe längs der Bohrachse immer weiter radial nähert und insbesondere mit weiter zunehmender Höhe schließlich an den Bohrschaft heranreicht. Besonders bevorzugt ist es, dass die insbesondere in radialer Richtung gemessene Wendelbreite im Bereich der Schneidkante mit zunehmender Höhe entlang der Bohrachse zunimmt. Mit einer solchen Anordnung kann ein besonders guter Bohrfortschritt erreicht werden. Die Steigung, d.h. die Ganghöhe der Wendel ist geeigneterweise zumindest auf Höhe der Schneidkante konstant.
  • Insbesondere um die Schneidetätigkeit der Wendel auf die Schneidkante zu konzentrieren, ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Wendel eine Außenkante aufweist, die, zumindest auf Höhe der Schneidkante, auf einer Zylindermantelfläche verläuft. In diesem Fall kann die Wendel von der Zylindermantelfläche ausgehen und sich mit zunehmender Höhe immer weiter verbreitern, so dass sie immer näher an die Bohrachse heranreicht.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass zumindest auf Höhe der Schneidkante ein Mantelrohr vorgesehen ist, mit dem die Wendel an ihrer Außenkante verbunden, insbesondere verschweißt ist. Das Mantelrohr kann dabei die Wendel stabilisieren, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Wendel im Bereich ihrer Schneidkante vom Bohrschaft beabstandet ist. Das Mantelrohr und/oder der Bohrschaft sind geeigneterweise koaxial zur Bohrachse angeordnet. Insbesondere für eine zusätzliche Zentrierfunktion kann die Wendel gegenüber der unteren Stirnseite des Mantelrohres nach oben versetzt sein.
  • Für eine besonders effiziente Stützung der Wendel bei geringem Materialaufwand kann vorgesehen sein, dass das Mantelrohr an seiner oberen Stirnseite nicht flächig sondern schraubenartig abgeschlossen ist, wobei die schraubenartige Stirnkante vorzugsweise der Wendel folgen kann.
  • Beispielsweise für einen besonders guten Vortrieb und/oder eine besonders gute Zentrierfunktion ist es weiterhin vorteilhaft, dass stirnseitig, insbesondere an der unteren Stirnseite, am Mantelrohr Schneidwerkzeuge vorgesehen sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schneidzähne, insbesondere um Rundschaftmeißel handeln.
  • Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass umfangsseitig am Mantelrohr Kaliberwerkzeuge vorgesehen sind. Bei den Kaliberwerkzeugen kann es sich insbesondere um Kaliberleisten handeln, die beispielsweise parallel zur Bohrachse verlaufen. Durch die an der Zylinderaußenfläche vorgesehenen Kaliberwerkzeuge kann einem Festsetzen von Bohrgut zwischen Mantelrohr und Bohrloch entgegengewirkt werden.
  • Die Schneidleistung kann weiter dadurch erhöht werden, dass zumindest im unteren Bereich des Erdbohrers zwei Wendeln mit jeweils zumindest einer Schneidkante vorgesehen sind. Geeigneterweise sind beide Schneidkanten wie beschrieben ausgebildet und insbesondere achsesymmetrisch angeordnet.
  • Der Materialaufwand für den Erdbohrer kann bei weiterhin guter Schneideleistung dadurch verringert werden, dass die Wendeln eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Erdbohrer im Bereich des Mantelrohres zwei Wendeln aufweist, wobei nur eine hiervon zur weiteren Förderung des Bohrgutes entlang des Bohrschaftes nach oben verläuft, während die zweite im Bereich des Mantelrohres endet. Insbesondere kann die Höhe der kürzeren zweiten Wendel etwa ein bis zwei Ganghöhen betragen. Sofern zwei Wendeln vorgesehen sind, sind deren Schneidkanten geeigneterweise auf derselben Höhe angeordnet. Sofern die zweite Wendel kürzer ausgebildet ist als die erste Wendel kann auch vorgesehen sein, die zweite Wendel längs versetzt zum Bohrschaft anzuordnen. Die zweite Wendel kann dabei insbesondere vom außen liegenden Mantelrohr getragen werden.
  • Zur weiteren Verbesserung der Führung des Erdbohrers im Boden ist es zweckmäßig, dass im oberen Bereich des Bohrschaftes ein Führungsrohr vorgesehen ist, welches den Bohrschaft insbesondere koaxial umgibt. Dieses Führungsrohr kann den Erdbohrer an der Bohrlochwandung radial führen, so dass bei hoher Richtungsstabilität besonders große Anpresskräfte möglich sind. Zweckmäßigerweise weisen das Führungsrohr und das Mantelrohr zumindest annähernd denselben Außendurchmesser auf, so dass beide Rohre eine Führungsfunktion erfüllen können. Für einen besonders geringen Materialaufwand ist das Führungsrohr geeigneterweise axial vom Mantelrohr beabstandet.
  • Um zu gewährleisten, dass der Erdbohrer besonders viel Material in seiner Wendel aufnehmen kann, kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Wendeln in das Führungsrohr hineinreicht. Die Wendel kann dabei vom Führungsrohr radial beabstandet sein und insbesondere auf Höhe des Führungsrohr nach oben hin eine radiale Verjüngung aufweisen.
  • Auch das Führungsrohr kann in seinem oberen Bereich eine Verjüngung aufweisen, wobei der Rohrdurchmesser nach oben hin, insbesondere konisch, abnimmt. Hierdurch kann einem Verkanten des Führungsrohres im Bohrloch beim Ziehen des Erdbohrers entgegengewirkt werden. Aufgrund der radialen Verjüngung kann das Führungsrohr eine glockenförmige Form aufweisen. An der oberen Stirnseite des Führungsrohres kann ein radiales, z.B. kreisringförmiges Deckelelement vorgesehen sein.
  • Zur Befestigung des Führungsrohres am Bohrschaft kann zwischen Führungsrohr und Bohrschaft zumindest ein radial zur Bohrachse verlaufender Abstandshalter vorgesehen sein, der insbesondere kreisringförmig ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich können zwischen Führungsrohr und Bohrschaft plattenartige Abstandshalter vorgesehen sein, die sich axial und radial zur Bohrachse erstrecken, und die insbesondere rippenartig und/oder sternförmig angeordnet sind.
  • Zweckmäßigerweise ist in zumindest einem Abstandshalter und/oder im Führungsrohr zumindest eine Durchgangsöffnung vorgesehen, die einen Materialdurchgang, insbesondere einen Wasser- und/oder einen Luftdurchgang, beim Betrieb des Erdbohrers im Bohrloch erlaubt und somit die hierbei aufzubringenden Axial- und/oder Drehkräfte verringert.
  • Der erfindungsgemäße Erdbohrer kann insbesondere für Großbohrgeräte vorgesehen sein. Hierzu kann die Wendel einen Durchmesser von 0,5 m oder mehr aufweisen. Um die beim Betrieb eines Großbohrgerätes auftretenden Kräfte aufnehmen zu können, ist die Wendel mit dem Bohrschaft geeigneterweise verschweißt. Nach der Erfindung kann auch ein Erdbohrgerät mit einem Fahrgestell vorgesehen sein, an dem der erfindungsgemäße Erdbohrer drehbar und axial verschiebbar gelagert ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Erdboden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erfindungsgemäßer Erdbohrer um die Bohrachse in Drehung versetzt und in Richtung der Bohrachse, insbesondere wiederholt, in den Erdboden eingefahren wird, wobei mit der Schneidkante anstehendes Bodenmaterial abgearbeitet wird und das abgearbeitete Material bevorzugt in der Wendel gespeichert wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht,
    Fig. 3
    eine Längsschnittsansicht längs der Bohrachse, und
    Fig. 4
    eine Draufsicht von unten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Erdbohrers.
  • Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Erdbohrers ist schematisch in den Figuren 1 bis 4 dargestellt.
  • Der dargestellte Erdbohrer weist einen zylinderrohrförmigen Bohrschaft 2 auf, in dessen oberen Bereich 11 eine als Vierkantkupplung ausgebildete Verbindungseinrichtung 6 zum Herstellen einer drehfesten Verbindung mit einem in den Figuren nicht dargestellten Drehantrieb vorgesehen ist. Mittels dieses Drehantriebes kann der Bohrschaft 2 um die mittig und koaxial zum Bohrschaft 2 angeordnete Bohrachse 1 in Rotation versetzt werden.
  • Der Erdbohrer weist ferner eine erste Wendel 21 auf, die sich längs des Bohrschaftes 2 erstreckt und die an der Außenwand des Bohrschaftes 2 angeschweißt ist. Um einen Winkel von 180° um die Bohrachse 1 zur ersten Wendel 21 versetzt ist am Bohrschaft 2 eine zweite Wendel 22 vorgesehen, die ebenfalls mit dem Bohrschaft 2 verschweißt ist. Die beiden Wendeln 21 und 22 sind als Schneckenwendeln ausgebildet und weisen dieselbe Steigung und jedenfalls im unteren Bereich 12 des Bohrschaftes 2 auch denselben Durchmesser auf. Verglichen mit der Wendel 21 weist die zweite Wendel 22 jedoch eine geringere Höhe auf, wobei die Höhe der zweiten Wendel 22 vorzugsweise ein bis zwei Ganghöhen betragen kann.
  • Im unteren Bereich 12 des Bohrschaftes 2 ist ein zylindrisches Mantelrohr 30 vorgesehen, das den Bohrschaft 2 bereichsweise koaxial umgibt, aber über den Bohrschaft 2 auch nach unten hin axial vorsteht. Dieses Mantelrohr 30 ist an der Außenkante 25 der ersten Wendel 21 mit der ersten Wendel 21 verbunden und an der Außenkante 26 der zweiten Wendel 22 mit der zweiten Wendel 22 verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise eine Schweißverbindung ist. Das Mantelrohr 30 wird somit mittels der Wendeln 21 und 22 am Bohrschaft 2 gehalten.
  • An seiner unterseitigen Stirnseite ist das Mandelrohr 2 im Wesentlichen eben abgeschlossen. An seiner oberseitigen, der Verbindungseinrichtung 6 zugewandten Stirnseite folgt das Mantelrohr 30 jedoch den Wendeln 21 und 22 nach und endet entlang deren Außenkanten 25 und 26, so dass das Mantelrohr 30 an seiner Oberseite schraubenförmig abgeschlossen ist. Die Höhe des Mantelrohrs 30 in Richtung der Bohrachse 1 beträgt dabei etwa eine Ganghöhe der Wendel 21 und/oder 22.
  • Wie insbesondere die Fig. 4, aber auch die Figuren 1 und 3 zeigen, beginnen die Wendeln 21, 22 im unteren Bereich 12 des Bohrschaftes 2 am Mantelrohr 30 und verbreitern sich mit zunehmender Höhe (Pfeilrichtung h in Fig. 3) in radialer Richtung zur Bohrachse 1 hin, wobei sie weiterhin an ihrer Außenkante 25 bzw. 26 mit dem Mantelrohr 30 verbunden bleiben. Hierdurch sind an den Wendeln 21, 22 Schneidkanten 23 bzw. 24 gebildet, deren radialer Abstand zur Bohrachse 1 mit zunehmender Höhe (Pfeilrichtung h in Fig. 3) abnimmt, und die konvex in die Wendel 21 bzw. 22 hineingekrümmt ausgebildet sind. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, nimmt der Krümmungsradius der Schneidkanten 23 und 24 dabei mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse 1 ab. Die Schneidkanten 23 und 24 sind somit degressiv ausgebildet, d.h. ihr Abstand von der Bohrachse 1 nimmt mit zunehmender Höhe entlang der Bohrachse 1 ab. Die degressiven Schneidkanten 23 und 24 an den Innenkanten der Wendeln 21 bzw. 22 weisen nach innen und nach oben.
  • Wie insbesondere die Figuren 1, 3 und 4 zeigen, sind die gekrümmten Schneidkanten 23 und 24 entlang ihrer Ausdehnung mit einer Reihe von Schneidwerkzeugen 27 besetzt, die als Rundschaftmeißel ausgebildet sind. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind zur Aufnahme der als Rundschaftmeißel ausgebildeten Schneidwerkzeuge 27 an den Schneidkanten 23 und 24 Ausnehmungen 29 vorgesehen.
  • An den unteren Enden der Wendeln 21, 22, an denen diese spitzwinklig auslaufen und die Schneidkanten 23 bzw. 24 nahezu tangential in den Bereich des Mantelrohres 30 übergehen, sind überdies Flachzähne 28 vorgesehen. Diese Flachzähne 28 sind am Mantelrohr 30 angeordnet und laufen den jeweiligen Wendeln 21, 22 und den jeweiligen Schneidkanten 23, 24 voraus.
  • An der unteren, erdseitigen Stirnseite des Mantelrohres 30 sind weitere Schneidwerkzeuge 37 angeordnet, die ebenfalls als Rundschaftsmeißel ausgebildet sind. Wie insbesondere die Figuren 1, 2 und 4 zeigen, sind stirnseitig am Mantelrohr 30 im Bereich der Flachzähne 28 überdies keilförmige Ausnehmungen 33 im Mantelrohr 30 vorgesehen, welche den jeweiligen Flachzähnen 28 beim Betrieb des Erdbohrers in Drehrichtung vorauseilen und beispielsweise für einen besonders zuverlässigen Materialabtransport von den Flachzähnen 28 dienen können.
  • An seiner äußeren Zylindermantelfläche sind am Mantelrohr 30 als Kaliberleisten ausgebildete Kaliberwerkzeuge 39 vorgesehen, die sich längs der Bohrachse 1 erstrecken und einem Festsetzen von Bohrgut entgegenwirken.
  • Wie insbesondere die Figuren 3 und 4 zeigen, ist im unteren Bereich 12 stirnseitig am Bohrschaft 2 ein weiteres Schneidwerkzeug 61 vorgesehen, das über ein konisches Adapterelement 62 mit dem Bohrschaft 2 verbunden ist.
  • Wie insbesondere die Figuren 2 und 3 zeigen, ist im oberen Bereich 11 des Bohrschaftes 2 ein Führungsrohr 50 vorgesehen, das den Bohrschaft 2 koaxial umgibt. Die erste Wendel 21 reicht dabei unter Durchmesserverjüngung in das Führungsrohr 50 hinein, während die zweite Wendel 22 unterhalb des Führungsrohres 50 endet. In einem oberen Bereich weist das Führungsrohr 50 einen Verjüngungsbereich 51 auf, in dem sich das Rohr 50 nach oben hin konisch verjüngt.
  • Zur Befestigung des Führungsrohrs 50 am Bohrschaft 2 ist ein kreisringförmiger Abstandshalter 53 vorgesehen, der sich radial bezüglich der Bohrachse 1 vom Bohrschaft 2 zum Führungsrohr 50 hin erstreckt. Ferner sind oberhalb des Abstandshalters 53 axial verlaufende plattenförmige Rippenelemente 54 senkrecht zum Abstandshalter 53 vorgesehen, die sich ebenfalls vom Bohrschaft 2 zum Führungsrohr 50 hin erstrecken. Sowohl im Abstandshalter 53 als auch in den Rippenelementen 54 sind Durchgangsöffnungen 55 bzw. 56 vorgesehen, die ein Durchströmen von Flüssigkeit beim Betrieb des Erdbohrers erlauben.

Claims (11)

  1. Erdbohrer mit
    - einem Bohrschaft (2), der sich koaxial zu einer Bohrachse (1) erstreckt,
    - wobei in einem unteren Bereich (12) des Bohrschaftes (2) Abarbeitungsmittel zum Abarbeiten von anstehendem Bodenmaterial vorgesehen sind und in einem oberen Bereich (11) des Bohrschaftes (2) eine Verbindungseinrichtung (6) für einen Drehantrieb vorgesehen ist,
    - einer Wendel (21, 22), die längs des Bohrschaftes (2) verläuft, und
    - einer Schneidkante (23, 24), die in einem unteren Bereich der Wendel (21, 22) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Schneidkante (23, 24) zumindest abschnittsweise degressiv ausgebildet ist, wobei ein Abstand der Schneidkante (23, 24) von der Bohrachse (1) mit zunehmender Höhe der Schneidkante (23, 24) entlang der Bohrachse (1) abnimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schneidkante (23, 24) konkav gekrümmt ausgebildet ist.
  3. Erdbohrer nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Krümmungsradius der Schneidkante (23, 24) mit zunehmendem Abstand von der Bohrachse (1) zunimmt.
  4. Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Schneidkante (23, 24) Schneidwerkzeuge (27) vorgesehen sind.
  5. Erdbohrer nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Abstand benachbarter Schneidwerkzeuge (27) mit dem Abstand der Schneidkante (23, 24) von der Bohrachse (1) und/oder dem Krümmungsradius der Schneidkante (23, 24) variiert.
  6. Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Breite der Wendel (21, 22) im Bereich der Schneidkante (23, 24) mit zunehmender Höhe entlang der Bohrachse (1) zunimmt.
  7. Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wendel (21, 22) eine Außenkante (25, 26) aufweist, die, zumindest auf Höhe der Schneidkante (23, 24), auf einer Zylindermantelfläche verläuft, und/oder
    dass zumindest auf Höhe der Schneidkante (23, 24) ein Mantelrohr (30) vorgesehen ist, mit dem die Wendel (21, 22) an ihrer Außenkante (25, 26) verbunden ist.
  8. Erdbohrer nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass stirnseitig am Mantelrohr (30) Schneidwerkzeuge (37) vorgesehen sind und/oder
    dass umfangsseitig am Mantelrohr (30) Kaliberwerkzeuge (39) vorgesehen sind.
  9. Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest im unteren Bereich des Erdbohrers zwei Wendeln (21, 22) mit jeweils einer Schneidkante (23, 24) vorgesehen sind, und
    dass die Wendeln (21, 22) eine unterschiedliche Höhe aufweisen.
  10. Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im oberen Bereich (11) des Bohrschaftes (2) ein Führungsrohr (50) vorgesehen ist, welches den Bohrschaft (2) koaxial umgibt.
  11. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Erdboden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Erdbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche um die Bohrachse (1) in Drehung versetzt und in Richtung der Bohrachse (1) in den Erdboden eingefahren wird, wobei mit der Schneidkante (23, 24) anstehendes Bodenmaterial abgearbeitet wird.
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