EP2141285B1

EP2141285B1 - Bohr- und Mischwerkzeug

Info

Publication number: EP2141285B1
Application number: EP08012013.2A
Authority: EP
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Bohnert; Johannes Dipl.-Ing. Haas
Original assignee: Kgs Keller Gerate & Service GmbH
Current assignee: Kgs Keller Gerate & Service GmbH
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: PL2141285T3; EP2141285A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohr- und Mischwerkzeug, insbesondere zur Verbindung mit einem drehend antreibbaren Bohrgestänge und einer Bohrkrone, wobei das Bohr- und Mischwerkzeug ein Zentralteil und zumindest zwei einzelne an dem Zentralteil angeordnete Klappschneiden umfaßt, wobei die Klappschneiden jeweils zwischen einer ausgeklappten Stellung und einer beigeklappten Stellung bewegbar sind, und wobei Austrittsdüsen am Bohr- und Mischwerkzeug vorgesehen sind, die über das Bohrgestänge mit flüssigem Medium versorgt werden.
Derartige Werkzeuge dienen für Verfahren zum Herstellen von Bodenkörpern, insbesondere zum Erzeugen von Nachgründungen von Fundamenten, welche als 'Tiefe Bodenvermörtelung' in der DIN EN 14679 (2005-07) geregelt sind und auch als 'Deep-Soil-Mixing' (DSM) bezeichnet werden und bei denen das Fundament bzw. eine obere Bodenschicht in einem Bohrloch mit einem kleineren Bohrlochdurchmesser durchfahren wird und anschließend insbesondere unterhalb eines Fundaments ein zylindrischer Gründungskörper mit einem zweiten größeren Durchmesser erzeugt wird, indem der anstehende Boden mit einer Suspension aus Wasser und Zement vermischt wird. Beim Durchfahren des Bohrloches sind die Klappschneiden dabei beigeklappt, so daß das Werkzeug im beigeklappten Zustand einen Gesamtaußendurchmesser aufweist, der nicht größer ist als der Durchmesser der Bohrkrone bzw. der Bohrlochdurchmesser. Zur Bodenvermörtelung werden die Klappschneiden dann unterhalb der Fundamentplatte auf einen Gesamtaußendurchmesser aufgeklappt, der größer ist als der Bohrlochdurchmesser.
Aus der US 5 219 246 ist eine Bohranordnung mit einer Bohrstange und einem Bohrkopf bekannt. An dem Bohrkopf ist ein Paar von diametral einander gegenüberliegenden Schwenkbolzen vorgesehen, an denen jeweils ein Schneidwerkzeug schwenkbar montiert ist. Die Schneidwerkzeuge haben jeweils eine seitliche Backe zum Lagern an den Schwenkbolzen, wobei die beiden Backen in montiertem Zustand axial voneinander weg weisen, um die Zahnabschnitte der Schneidwerkzeuge vertikal versetzt anzuordnen.
Aus der JP 61-162628 ist ein Verfahren zum Herstellen eines vergrößerten Zementkolbens mit einem geschlossenen Ende bekannt. Ein in einem Zementrohr angeordnete Drehwelle wird in eine erste Drehrichtung in den Boden hineingebohrt. Beim Drehen in einer entgegengesetzten Drehrichtung werden Schneidmesser, die an einem Kragen der Drehwelle befestigt sind, nach außen ausgeklappt, so daß ein vergrößertes Ende am unteren Ende des Zementrohrs geformt werden kann. Die Schneidmesser sind übereinander und diametral gegenüberliegend an dem Kragen angeordnet. Durch eine Düse wird anschließend Zementsuspension in das vergrößerte Ende injiziert. Dieses Dokument beschreibt einen Bohr- und Mischwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 038 896 A1 ist ein derartiges Bohr- und Mischwerkzeug bekannt. Das Werkzeug umfaßt ein Zentralteil und mindestens zwei an das Zentralteil beiklappbare Klappschneiden. Die Klappschneiden sind an quer zur Längsachse des Bohrgestänges angeordneten Drehachsen stufenlos verschwenkbar. Die Steuerung der Klappschneiden erfolgt für alle Klappschneiden mittels eines aufwendigen Betätigungsmechanismus.
Die DE 24 22 489 A1 offenbart einen Erdbohrer mit einem Bohrschaft. An dem Bohrschaft ist eine Nabe vorgesehen, an dem verschwenkbare Rotationsmesser angebracht sind. Das Verschwenken der Rotationsmesser erfolgt über eine Drehrichtungsumkehr des Bohrschaftes. Die Rotationsmesser sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Bohr- und Mischwerkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bohr- und Mischwerkzeug, insbesondere zur Verbindung mit einem drehend antreibbaren Bohrgestänge und einer Bohrkrone, gelöst, wobei das Bohr- und Mischwerkzeug zumindest ein Zentralteil mit einer Drehachse A und zumindest zwei einzelne an dem zumindest einen Zentralteil angeordnete Klappschneiden umfaßt, wobei die Klappschneiden jeweils zwischen einer beigeklappten Stellung und einer ausgeklappten Stellung bewegbar sind und entlang des zumindest einen Zentralteils in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, wobei zumindest in ausgeklapptem Zustand die Unterkante einer Klappschneide in vertikaler Richtung oberhalb der Oberkante der nächst tieferen Klappschneide angeordnet ist, wobei Austrittsdüsen am Bohr- und Mischwerkzeug vorgesehen sind, die über das Bohrgestänge mit flüssigem Medium versorgt werden können, wobei das zumindest eine Zentralteil an einem ersten Ende Verbindungsmittel mit einer integrierten Mediumdurchführung aufweist, mit denen die Verbindung mit dem Bohrgestänge hergestellt wird, und wobei das zumindest eine Zentralteil mehrere radiale Ausnehmungen aufweist, die jeweils einen Aufnahmeraum für eine der Klappschneiden bilden.
Das erfindungsgemäße Bohr- und Mischwerkzeug ermöglicht vorteilhaft eine Nachgründung von Fundamenten, wobei es sich besonders für den Einsatz unter beengten Platzverhältnissen eignet, wie sie insbesondere im Eisenbahnbau anzutreffen sind, wenn eine Baugrundverbesserung an bestehenden Gleiskörpern vorgenommen werden soll. Dabei durchfährt das durch das Bohrgestänge drehend angetriebene Bohr- und Mischwerkzeug mit beigeklappten Klappschneiden im Bereich einer Engstelle, z.B. zwischen bestehenden Bahnschwellen, die obere Bodenschicht. Unterhalb der oberen Bodenschicht wird die Drehrichtung des Bohr- und Mischwerkzeugs umgedreht, wodurch ein Ausklappen der Klappschneiden automatisch durch den Widerstand der Klappschneiden in dem Erdreich erfolgt. Durch eine erneute Drehrichtungsumkehr des Bohr- und Mischwerkzeugs werden die Klappschneiden automatisch beigeklappt, so daß das Werkzeug durch die Engstelle hindurch aus dem Erdreich herausgefahren werden kann. Das Bohr- und Mischwerkzeug weist eine einfache Mechanik auf, da es nur zwei Gelenke und keinen zusätzlichen Antrieb oder eine Arretierung für die Klappschneiden besitzt, so daß eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit sichergestellt ist. Das Zentralteil des Bohr- und Mischwerkzeugs ist robust ausgelegt, führt das Bindemittel ungehindert in seinem Inneren und kann vorteilhaft mit weiteren Zentralteilen verbunden werden, so daß die Länge des Werkzeugs insgesamt variabel ist.
Durch die Anordnung der Klappschneiden in unterschiedlichen Ebenen können die Klappschneiden unabhängig voneinander wirken. Konkret bedeutet dies beispielsweise, daß kein Material durch die eine Klappschneide gegen die andere gedrückt wird, was ansonsten insbesondere beim Auf- oder Beiklappen der Klappschneiden zu Problemen führen kann. Die radialen Ausnehmungen bilden jeweils einen Aufnahmeraum für eine der Klappschneiden. Hierdurch werden in Kombination mit dem vertikalen Versatz der Klappschneiden die radialen Ausmaße des Werkzeugs in beigeklapptem Zustand der Klappschneiden möglichst klein gehalten.
Unter unterschiedlichen Ebenen ist dabei gemeint, daß zumindest in ausgeklapptem Zustand die Unterkante einer Klappschneide in vertikaler Richtung oberhalb der Oberkante der nächst tieferen Klappschneide angeordnet ist. Teile des Klappmechanismus, welche fest mit dem Zentralteil verbunden sind, können jedoch in die Ebene des jeweils anderen Klappmechanismus hineinragen. Als vertikale Richtung ist stets die Richtung der Drehachse des Bohrgestänges gemeint, unabhängig davon, ob das Bohrgestänge tatsächlich senkrecht ins Erdreich ragt.
Vorzugsweise sind die Klappschneiden jeweils um eine vertikale Klappachse zwischen der ausgeklappten Stellung und der beigeklappten Stellung bewegbar. Das automatische Auf- und Beiklappen der Klappschneiden wird mittels Drehrichtungsumkehr des Bohr- und Mischwerkzeugs bewirkt. Dabei werden die Klappschneiden automatisch ausgeklappt, wenn sich das Werkzeug in einer Drehrichtung bewegt, da sich die äußeren Bereiche der Klappschneiden in das umliegende Erdreich verkeilen und der Erddruck gegen die Klappschneiden wirkt. In der anderen Drehrichtung bremst das umliegende Erdreich die Klappschneiden ab, was zum automatischen Beiklappen der Klappschneiden führt. Vorteilhaft ist, daß die benötigte Kraft zum Ausklappen bzw. Beiklappen der Klappschneiden allein durch den Widerstand des Erdreichs gegen die Drehung des Bohr- und Mischwerkzeugs erzeugt wird. Hierdurch erfolgt ein Ausklappen der Klappschneiden, wenn die Drehung des Bohr- und Mischwerkzeugs in einer ersten Drehrichtung erfolgt und ein Beiklappen der Klappschneiden in der entsprechend entgegengesetzten Drehrichtung.
Zusammen mit der Anordnung der Klappschneiden in unterschiedlichen Ebenen steht jeder automatisch klappbaren Klappschneide mehr Platz zum Beiklappen in ihrer eigenen Ebene zur Verfügung. Hiermit wird das Verhältnis von Gesamtaußendurchmesser des Werkzeugs bei ausgeklappten Klappschneiden zu Gesamtaußendurchmesser des Werkzeugs bei beigeklappten Klappschneiden erhöht. Dies bedeutet, daß im Vergleich zu herkömmlichen Klappschneiden nun größere Klappschneiden auf relativ kleinen Raum beigeklappt werden können, wodurch ein Durchfahren eines Bohrlochs mit einem relativ kleinen Bohrlochdurchmesser ermöglicht wird.
Vorzugsweise sind die Klappschneiden mittels eines vertikal angeordneten Bolzens mit dem Zentralteil verbunden. Vorteilhaft ergibt sich hierdurch eine robuste und wenige Bauteile umfassende Lagerung der Klappschneiden an dem Zentralteil. Da hier von quasistatischen Bewegungen auszugehen ist, kann hier vorteilhaft auf die Verwendung besonderer Gleitlager verzichtet werden, was insbesondere eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit dieser Lagerstelle garantiert, so daß die Klappbewegung der Klappschneiden auch bei großer Verschmutzung sicher funktioniert.
Damit jede ausgeklappte Klappschneide relativ zu dem Zentralteil des Bohr- und Mischwerkzeugs in einer definierten Position sicher gehalten wird, weist jede der Klappschneiden zusätzlich zu der Bolzenlagerung zumindest eine Anlagefläche auf, die sich an zumindest einer Stützfläche des zumindest einen Zentralteils abstützt. Vorteilhaft ist hier, daß die Anlageflächen und Stützflächen durch bekannte Fertigungsverfahren einfach hergestellt werden können und für die Arretierung der Klappschneiden keine weiteren Bauteile erforderlich sind, so daß dem Klappschneidenmechanismus insgesamt eine einfache Mechanik zugrunde liegt.
Der einfache mechanische Aufbau der Klappschneiden setzt sich darin fort, daß die Klappschneiden jeweils eine Angriffsfläche und eine radial außen angeordnete Verschleißplatte umfassen.
Vorzugsweise wird dem Bohr- und Mischwerkzeug während des Bohrvorganges Bindemittelgemisch, das von einer externen Mischstation aufbereitet wird, über eine Schlauchleitung über Druckluft oder mit Pumpen zugeführt. Dabei wird das Bindemittel über eine Drehdurchführung, Swivel genannt, in das Innere des Bohrgestänges eingeleitet. Der Bohrvorgang kann entweder mit einem Trockenmischverfahren oder mit einem Naßmischverfahren ausgeführt werden. Beim Trockenmischverfahren ist das Bindemittel üblicherweise eine Mischung aus Zement und Kalk oder eine Kombination aus Zement, Kalk, Gips, Hochofenschlacke oder pulverisierter Flugasche. Zur Einbringung des Bindemittels in den Boden wird Druckluft verwendet Beim Naßmischverfahren ist das Bindemittel üblicherweise eine Zementsuspension und es wird über Pumpen zugeführt. Falls erforderlich, werden Sand oder weitere Zusatzmittel beigemischt.
Das dem Bohr- und Mischwerkzeug zugeführte Bindemittel und gegebenenfalls auch Spülflüssigkeit wird vorteilhaft im Inneren des Zentralteil über zumindest einen im Inneren in Richtung der Drehachse A verlaufenden Kanal den Austrittsdüsen zugeführt, wobei von dem zumindest einen Kanal zu jeder Austrittsdüse kurze radial nach außen verlaufende Kanäle abzweigen. Die Austrittsdüsen dienen der Zuführung von Bindemittel in das Erdreich und gegebenenfalls dem Ausbringen von Spülflüssigkeit auf die Klappschneiden und den Klappmechanismus.
Die Austrittsdüsen umfassen zumindest Bindemitteldüsen. Die Bindemitteldüsen dienen der Zuführung des Bindemittels in das Erdreich.
Vorzugsweise ist zumindest eine Bindemitteldüse oberhalb der obersten Klappschneide angeordnet. Während das Werkzeug nach oben bewegt wird, erfolgt hiermit das Ausbringen des flüssigen Materials in eine unbehandelte Bodenschicht, die anschließend von dem Werkzeug bearbeitet wird.
Vorzugsweise ist zumindest eine Bindemitteldüse unterhalb der untersten Klappschneide angeordnet. Während der Zuführung des Bindemittels, während das Werkzeug nach unten bewegt wird, erfolgt das Ausbringen des flüssigen Materials in eine unbehandelte Bodenschicht, die anschließend von dem Werkzeug bearbeitet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Bindemitteldüsen in etwa radial nach außen. Alternativ oder in Kombination hierzu können, wenn es die Umstände erfordern, einzelne Bindemitteldüsen in etwa schräg nach unten oder in etwa vertikal nach unten weisen.
Die Austrittsdüsen umfassen vorzugsweise auch Spüldüsen, die jeweils auf eine der Klappschneiden gerichtet sind. Die Spüldüsen dienen dabei zum Säubern der Klappschneiden vor, während und/oder nach der Vermörtelung. Dabei können die Klappschneiden oder weitere Teile des Werkzeugs von Material freigespült werden, wodurch die Klappfunktion der Klappschneiden stets sichergestellt bleibt.
Vorzugsweise sind die Spüldüsen jeweils auf eine der Klappschneiden in deren beigeklappter Stellung gerichtet. Dadurch kann insbesondere Schmutz, der sich während der Vermörtelung bei ausgeklappten Klappschneiden in der Nähe des Zentralteils angesammelt hat und ein Beiklappen der Klappschneiden erschweren könnte, weggespült werden. Dadurch wird ein zügiges Beiklappen der Klappschneiden erzielt, was ebenfalls ein zügiges Herausfahren der gesamten Anordnung aus dem Bohrloch begünstigt.
Dabei ist zumindest eine der Spüldüsen oberhalb einer der Klappschneiden angeordnet und weist insbesondere vertikal nach unten. Alternativ oder in Kombination dazu ist zumindest eine der Spüldüsen unterhalb einer der Klappschneiden angeordnet und weist insbesondere vertikal nach oben.
Vorzugsweise wird das Bohr- und Mischwerkzeug, nachdem es mit beigeklappten Klappschneiden durch die Engstelle gebohrt wurde und die Drehrichtung umgekehrt wurde, mit komplett ausgeklappten Klappschneiden und mit der gewünschten Drehzahl in das Erdreich auf eine festgelegte Tiefe eingebohrt. Anschließend wird das Bohr- und Mischwerkzeug unter Beibehaltung der Drehzahl und Drehrichtung nach oben ausgebohrt. Der Beginn der Bindemittelzuführung kann anforderungsabhängig unmittelbar nach dem Ausklappen der Klappschneiden unterhalb der Engstelle beginnen oder bei Erreichen der Endtiefe, d.h. während des Ausbohrens.
Vorzugsweise erfolgt die Bindemittelzufuhr über die Austrittsdüsen, die in Bohrrichtung bzw. Vorschubrichtung betrachtet, vor den Klappschneiden liegen, so daß beim Einbohren die Bindemittelzufuhr über die unteren Austrittsdüsen und beim Ausbohren über die oberen Austrittsdüsen erfolgt. Vorteilhaft ist hier, daß unabhängig davon, ob eine Bindemittelmittelzufuhr beim Einbohren oder beim Ausbohren erfolgt, immer eine optimale Durchmischung des Bindemittel mit dem Erdreich gewährleistet ist. Für eine bessere Durchmischung des Erdreichs mit Bindemittel kann ein bestehendes Bohrloch weitere Male durchfahren werden.
Wenn die ausgeklappten Klappschneiden des Bohr- und Mischwerkzeugs beim Ausbohren etwa kurz vor der Engstelle sind, erfolgt erneut eine Drehrichtungsumkehr, so daß die Klappschneiden automatisch beiklappen. Zur Unterstützung des Beiklappvorgangs können die Austrittsdüsen vorteilhaft mit einer Spülflüssigkeit, z.B. Wasser, gespült werden. Dadurch sorgen insbesondere die vertikal auf die Klappschneiden in beigeklappter Stellung gerichteten Austrittsdüsen dafür, daß Erdreste zwischen den Anlageflächen der Klappschneiden und den Stützflächen des Zentralteils weggespült werden. Diese Austrittsdüsen dienen hierbei vorteilhaft als Spüldüsen zur Säuberung insbesondere des Klappmechanismus, so daß die Klappfunktion der Klappschneiden stets sichergestellt bleibt.
In den Anwendungsfällen, in denen bestimmte Austrittsdüsen nicht zu Einsatz kommen, ist vorgesehen, daß sie mittels Verschlußschrauben abgedeckt werden.
Der maximale Durchmesser des Bohr- und Mischwerkzeugs beträgt ungefähr 300mm bis 310mm, wenn die Klappschneiden beigeklappt sind (Kembohrungsdurchmesser) und ungefähr 800mm, wenn die Klappschneiden ausgeklappt sind, so daß zylindrische Gründungskörper mit ungefähr 800mm Durchmesser erzeugt werden können, wobei sich bei größeren Kembohrungsdurchmessern auch größere Durchmesser des Gründungskörpers realisieren lassen.
Das Bohr- und Mischwerkzeug kann vorteilhaft in unterschiedlichen Längen ausgeführt werden. Hierbei weist das Bohr- und Mischwerkzeug zumindest ein Zentralteil auf, an dessen erstem Ende Verbindungsmittel mit einer integrierten Mediumdurchführung, vorzugweise ein Sechskantverbinder, vorgesehen sind und mit dem die Verbindung mit dem Bohrgestänge hergestellt wird. Die kürzeste Ausfühmngsform des Bohr- und Mischwerkzeuges sieht für das zweite Ende dieses Zentralteils Verbindungsmittel, vorzugsweise einen Sechskantverbinder, vor, mit dem die Verbindung mit der Bohrkrone hergestellt wird. Damit umfaßt diese kürzeste Ausführungsform genau ein Zentralteil.
Die verlängerten Ausführungsformen sehen für das zweite Ende des ersten Zentralteils Verbindungsmittel mit einer integrierten Mediumdurchführung, vorzugsweise einen Sechskantverbinder, vor, die kompatibel mit Verbindungsmitteln mit integrierter Mediumdurchführung eines zweiten bzw. eines weiteren, hierüber angeschlossenen Zentralteils sind, wobei diese vorzugsweise einen Sechskantverbinder als Verbindungsmittel aufweisen.
Über diese wechselseitige Abfolge der kompatiblen Verbindungsmittel mit integrierter Mediumdurchführung, können vorteilhaft mehrere Zentralteile miteinander verbunden werden, wobei das zuletzt verbundene Zentralteil an seinem zweiten Ende die Bohrkrone über den bevorzugten Sechskantverbinder trägt. Vorteilhaft ergibt sich, daß die Länge des Bohr- und Mischwerkzeug an die erforderliche Bohrtiefe angepaßt werden kann, wobei die Länge des Bohr- und Mischwerkzeugs in seiner kürzesten Ausführung mit einem Zentralteil ohne Bohrkrone ungefähr 1000mm beträgt.
Der Anschluß der Bohrkrone, die z.B. als Flügelmeißel ausgebildet ist, erleichtert vorteilhaft das Einbohren des Bohr- und Mischwerkzeugs in das Erdreich, wobei der Durchmesser der Bohrkrone vorzugsweise ungefähr 250mm beträgt, was vorteilhaft dazu führt, daß die Klappschneiden radial über die Bohrkrone hinausragen und eine ausreichend freie Angriffsfläche besitzen, mit denen sie mit ungelockertem Erdreich in Kontakt kommen.
Die Bohrkrone ist an dem Sechskantverbinder über eine mittige Schraube gesichert und die Sechskantverbinder an der Verbindung zwischen zwei Zentralteilen bzw. zwischen dem Bohrgestänge und dem ersten Zentralteil sind jeweils über zwei Spannstifte gesichert.
Als Verbindungsmittel können neben den oder anstatt der Sechskantverbinder auch andere formschlüssige Verbindungsmittel zur drehmomentübertragenden Anbindung des Bohrgestänges und der Bohrkrone vorgesehen werden.
Vorzugsweise ist das erste Zentralteil mit dem Bohrgestänge über ein mediumdurchführendes Anschlußstück verbunden, welches über Verbindungsmittel mit integrierter Mediumdurchführung mit dem Zentralteil verbunden ist. Die Verbindungsmittel weisen vorzugsweise einen Sechskantverbinder auf. Das Anschlußstück ist mit dem Bohrgestänge verbunden. Hierfür können in Abhängigkeit von dem zum Einsatz kommenden Bohrgestänge und des das Bohrgestänge antreibenden Kraftdrehkopfes unterschiedliche Verbindungstypen vorgesehen werden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung über ein zweigängiges, konisches Rundgewinde mit Klemmsicherung. Die Klemmsicherung stellt vorteilhaft sicher, daß das Bohr- und Mischwerkzeug in beiden Drehrichtung rotieren kann und dabei die Verbindung dauerhaft gesichert ist.
Vorzugsweise ist das Zentralteil koaxial zum Bohrgestänge ausgerichtet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierin zeigt

Figur 1

ein erfindungsgemäßes Bohr- und Mischwerkzeug

a) von unten betrachtet,
b) von der Seite betrachtet,
c) von oben betrachtet;

Figur 2

einen Schnitt durch das Werkzeug gemäß Figur 1

a) bei ausgeklappter Klappschneide entlang der Linie II - II,
b) bei beigeklappter Klappschneide entlang der Linie I - I;

Figur 3

das Werkzeug nach Figur 1 in perspektivischer Darstellung: mit einer Klappschneide im beigeklappten, und einer Klappschneide im ausgeklappten Zustand.

Die Figuren 1 bis 3 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Es ist das untere Ende eines Bohrgestänges 2 zu erkennen, an dem ein Bohr- und Mischwerkzeug 1 mit einer Drehachse A angeschlossen ist, an dem oben ein Verbinder 22₁ zum Anschließen des Bohrgestänges 2 und unten ein Verbinder 22₂ zum Anschließen der Bohrkrone vorgesehen ist. Das Bohr- und Mischwerkzeug 1 wird im folgenden als Werkzeug 1 bezeichnet.
Der Verbinder 22₁ ist vorzugsweise als Sechskantverbinder mit integrierter Mediumdurchführung ausgeführt. Der Verbinder 22₂ ist vorzugsweise als Sechskantverbinder ausgeführt.
An dem Zentralteil 3 sind über jeweils eine Lagereinrichtung 10 zwei Klappschneiden 4₁, 4₂ beweglich angebracht. Die Klappschneiden 4₁, 4₂ und die Lagerungen 10 sind identisch gestaltet, so daß die folgenden Ausführungen grundsätzlich für beide Lagereinrichtungen und Klappschneiden gelten.
Die Figuren zeigen das Werkzeug 1 in seiner Gesamtheit mit jeweils einer beigeklappten Klappschneide 4₁ und einer ausgeklappten Klappschneide 4₂. Diese Darstellweise dient lediglich dem besseren Verständnis. Im Normalbetrieb wird sich das Werkzeug 1 normalerweise nämlich nicht in dem dargestellten Zustand mit einer beigeklappten und einer ausgeklappten Klappschneide befinden, da sich die Klappschneiden üblicherweise jeweils gemeinsam aus- oder beiklappen, da das Werkzeug 1 mit zwei beigeklappten Klappschneiden 4₁, 4₂ in das Erdreich eingebohrt wird und infolge einer Drehrichtungsumkehr beide Klappschneiden 4₁, 4₂ gleichzeitig ausklappen, da beide gleichermaßen durch den Widerstand des Erdreichs gegen die Drehung des Werkzeug 1 beaufschlagt werden, so daß auf einen zusätzlichen Verstellantrieb der Klappschneiden 4₁, 4₂ verzichtet werden kann.
Die Lagerungen 10 weisen jeweils einen gabelförmigen Bolzenhalter 11 auf, der an das Zentralteil 3 angeschweißt ist. Der Bolzenhalter 11 weist zwei Gabelarme 12 mit jeweils einer Bohrung 13 auf. Die Bohrungen 13 der Gabelarme 12 des Bolzenhalters 11 weisen identische Achsen auf, durch die jeweils Klappachsen B der Klappschneiden 4₁, 4₂ definiert werden. In den beiden Bohrungen 13 eines Bolzenhalters 11 ist gemeinsam ein Bolzen 8 gehalten, der seinerseits in eine Bohrung 9 einer der Klappschneiden 4₁, 4₂ eingefügt ist. Die Klappschneiden 4₁, 4₂ sind dabei jeweils zwischen den Gabelarmen 12 des Bolzenhalters 11 angeordnet. Durch die Bolzenlagerung ergibt sich eine robuste und wenig Bauteile umfassende Lagerung der Klappschneiden 4₁, 4₂ an dem Zentralteil 3, was insbesondere eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit dieser Lagerstellen garantiert. Der Bolzen ist jeweils mit einer Bolzensicherung 23 gegen Herausfallen gesichert.
Jeder der Klappschneide 4₁, 4₂ weist einen Hebearm 14 auf, an dessen radial äußerstem Ende eine Verschleißplatte 15 angebracht ist. Die Verschleißplatte 15 ist über geeignete Befestigungsmittel an dem Hebelarm 14 montiert und kann zur Erneuerung demontiert werden.
Im beigeklappten Zustand liegt der Hebelarm 14 mit einen ersten Anschlag 16 an einem ersten Gegenanschlag 17 des Bolzenhalters 11 an, wie es in Figur 2b zu erkennen ist. Im ausgeklappten Zustand liegt der Hebelarm 14 mit einen zweiten Anschlag 18 an einem zweiten Gegenanschlag 19 des Bolzenhalters 11 an, wie es in Figur 2a zu erkennen ist. Durch die Gegenanschläge 17, 19 ergibt sich vorteilhaft, daß das Werkzeug 1 keine zusätzlichen Arretierungen für die Positionierung der Klappschneiden 4₁, 4₂ benötigt.
Aus den Figuren 1b, 2 und 3 ist zu ersehen, daß die Klappschneiden 4₁, 4₂ in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Dabei ist eine Unterkante 20 der oberen Klappschneide 4₁ oberhalb einer Oberkante 21 der unteren Klappschneide 4₂ angeordnet. Darüber hinaus sind in diesem Ausführungsbeispiel auch die Lagerungen komplett in unterschiedlichen Ebenen angeordnet Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß das Material, welches jede Klappschneide 4₁, 4₂ vor sich herbewegt, nicht gegen die jeweils andere Klappschneide 4₂, 4₁ gedrückt wird.
Das Zentralteil 3 weist zwei radiale Ausnehmungen 7₁, 7₂ auf. Die radialen Ausnehmungen bilden jeweils einen Aufnahmeraum für eine der Klappschneiden 4₁, 4₂. Hierdurch werden in Kombination mit dem vertikalen Versatz der Klappschneiden 4₁, 4₂ die radialen Ausmaße des Werkzeugs in beigeklapptem Zustand der Klappschneiden möglichst klein gehalten.
Über das Innere des Zentralteils 3 wird über zumindest einen in Richtung der Drehachse A verlaufenden Kanal (nicht dargestellt) zumindest Bindemittel und gegebenenfalls Spülflüssigkeit zu vier Austrittsdüsen 5, 6 des Werkzeugs 1 geführt Die Austrittsdüsen 5, 6 sind am Umfang des Werkzeugs 1 angeordnet, wobei zwei Austrittsdüsen durch ihre vertikale Ausrichtung vornehmlich als Spüldüsen 5₁, 5₂ einsetzbar sind und zwei Austrittsdüsen durch ihre waagerechte Ausrichtung als Bindemitteldüsen 6₁, 6₂ einsetzbar sind. Hierbei kann vorgesehen sein, daß alle vier Austrittsdüsen 5, 6 gleichzeitig jeweils mit Bindemittel oder Spülflüssigkeit versorgt werden können. Es ist jedoch auch denkbar, daß für die Spüldüsen 5₁, 5₂ und für die Bindemitteldüsen 6₁, 6₂ gesonderte Kanäle vorgesehen sind, so daß jeweils bedarfsweise die Bindemitteldüsen 6₁, 6₂ mit Bindemittel und die Spüldüsen 5₁, 5₂ mit Spülflüssigkeit versorgt werden können.
Die Bindemitteldüsen 6₁, 6₂ weisen radial nach außen. Die oberste Bindemitteldüse 6₁ ist oberhalb der oberen Klappschneide 4₁ angeordnet. Die unterste Bindemitteldüse 6₂ ist unterhalb der unteren Klappschneide 4₂ angeordnet.
Im oberen Bereich der oberen radialen Ausnehmungen 7₁ ist eine erste Spüldüse 5₁ angebracht, die etwa senkrecht nach unten weist Die erste Spüldüse 5₁ ist dabei auf die obere Klappschneide 4₁ etwa nach vertikal unten gerichtet, wenn sich diese in ihrer beigeklappten Position befindet. In Figur 1b ist die erste Spüldüse 5₁ zwar sichtbar dargestellt, was nur dem besseren Verständnis dient. Tatsächlich ist die erste Spüldüse 5₁ aber nicht sichtbar auf der Rückseite des Zentralteils 3 angeordnet.
Im unteren Bereich der unteren radialen Ausnehmungen 7₂ ist eine zweite Spüldüse 5₂ angebracht, die etwa senkrecht nach oben weist. Die zweite Spüldüse 5₂ ist dabei auf die untere Klappschneide 4₂ gerichtet, wenn sich diese in ihrer beigeklappten Position befindet. Insbesondere sorgen die vertikal auf die Klappschneiden 4₁, 4₂ in beigeklappter Stellung gerichteten oberen und unteren Spüldüsen 5₁, 5₂ dafür, daß während des Beiklappens der Klappschneiden 4₁, 4₂ Erdreste zwischen den Anschlägen 16, 17 weggespült werden, so daß vorteilhaft eine Säuberung insbesondere des Klappmechanismus erfolgt und die Klappfunktion der Klappschneiden 4₁, 4₂ stets sichergestellt bleibt. Alternativ kann vorgesehen werden, daß die zweite Spüldüse 5₂ im oberen Bereich der unteren Ausnehmungen 7₂ angeordnet ist und etwa senkrecht nach unten weist oder daß im oberen Bereich der unteren Ausnehmungen 7₂ zusätzlich eine dritte Spüldüse (nicht dargestellt) angeordnet ist und senkrecht nach unten weist.
Das erfindungsgemäße Bohr- und Mischwerkzeug 1 ermöglicht vorteilhaft eine Nachgründung von Fundamenten, wobei es sich besonders für den Einsatz unter beengten Platzverhältnissen eignet. Das Ausklappen und Beiklappen der Klappschneiden 4₁, 4₂ erfolgt automatisch infolge Drehrichtungsumkehr des Bohr- und Mischwerkzeug 1 durch den Widerstand der Klappschneiden 4₁, 4₂ im Erdreich, ohne daß gesonderte Verstellantriebe erforderlich sind. Das Bohr- und Mischwerkzeug 1 weist eine einfache Mechanik auf, da jede der Klappschneiden 4₁, 4₂ nur über einen Bolzen 8 in einer Lagerung 10 gehalten wird und keinen zusätzlichen Arretierungsmechanismus für die Klappschneiden 4₁, 4₂ besitzt, so daß eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit sichergestellt ist.

Bezugszeichenliste

1: Bohr- und Mischwerkzeug
2: Bohrgestänge
3: Zentralteil
4: Klappschneide
5: Austrittsdüse
5₁, 5₂: Spüldüse
6: Austrittsdüse
6₁, 6₂: Bindemitteldüse
7: Ausnehmung
8: Bolzen
9: Bohrung
10: Lagereinrichtung
11: Bolzenhalter
12: Gabelarm
13: Bohrung
14: Hebelarm
15: Verschleißplatte
16: erster Anschlag
17: erster Gegenanschlag
18: zweiter Anschlag
19: zweiter Gegenanschlag
20: Unterkante
21: Oberkante
22₁, 22₂: Verbinder
23: Bolzensicherung
A: Drehachse
B: Klappachse

Claims

Bohr- und Mischwerkzeug (1), insbesondere zur Verbindung mit einem drehend antreibbaren Bohrgestänge (2) und einer Bohrkrone, wobei das Bohr- und Mischwerkzeug (1) zumindest ein Zentralteil (3) mit einer Drehachse A und zumindest zwei einzelne an dem zumindest einen Zentralteil (3) angeordnete Klappschneiden (4) umfaßt,
wobei die Klappschneiden (4) jeweils zwischen einer ausgeklappten Stellung und einer beigeklappten Stellung bewegbar und entlang des zumindest einen Zentralteils (3) in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, wobei zumindest in ausgeklapptem Zustand die Unterkante einer Klappschneide (4₁) in vertikaler Richtung oberhalb der Oberkante der nächst tieferen Klappschneide (4₂) angeordnet ist,
und wobei Austrittsdüsen (5, 6) am Bohr- und Mischwerkzeug (1) vorgesehen sind, die über das Bohrgestänge (2) mit flüssigem Medium versorgt werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zumindest eine Zentralteil (3) an einem ersten Ende Verbindungsmittel (22) mit einer integrierten Mediumdurchführung aufweist, mit denen die Verbindung mit dem Bohrgestänge (2) hergestellt wird, und
daß das zumindest eine Zentralteil (3) mehrere radiale Ausnehmungen (7) aufweist, die jeweils einen Aufnahmeraum für eine der Klappschneiden (4) bilden.
Bohr- und Mischwerkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klappschneiden (4) jeweils entlang einer vertikalen Klappachse (B) zwischen der ausgeklappten Stellung und der beigeklappten Stellung bewegbar sind.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klappschneiden (4) jeweils mittels eines vertikal angeordneten Bolzens (8) mit dem Zentralteil (3) verbunden sind.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsdüsen Bindemitteldüsen (6) umfassen.
Bohr- und Mischwerkzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine die Bindemitteldüse (6₁) oberhalb der obersten Klappschneide (4₁) angeordnet sind.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Bindemitteldüse (6₂) unterhalb der untersten Klappschneide (4₂) angeordnet ist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Bindemitteldüsen (6) in etwa radial nach außen weist.
Bohr- und Mischwerkzeugs nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Bindemitteldüsen (6) in etwa schräg nach unten weist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Bindemitteldüsen (6) in etwa vertikal nach unten weist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß Austrittsdüsen Spüldüsen (5) umfassen, die jeweils auf eine der Klappschneiden (4) gerichtet ist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spüldüsen (5) jeweils auf eine der Klappschneiden (4) in deren beigeklappter Stellung gerichtet sind.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Spüldüsen (5₂) unterhalb einer der Klappschneiden (4₂) angeordnet ist und vertikal nach oben weist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Spüldüsen (5₁) oberhalb einer der Klappschneiden (4₁) angeordnet ist und vertikal nach unten weist.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige Medium im Inneren des zumindest einen Zentralteils (3) über zumindest einen Kanal zu zumindest einer der Austrittsdüsen (6) geführt wird.
Bohr- und Mischwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zumindest eine Zentralteils (3) koaxial zum Bohrgestänge (2) ausgerichtet werden kann.