EP2145074A1

EP2145074A1 - Vorrichtung zum lösbaren verbinden einer bohrkrone mit einem bohrgestänge

Info

Publication number: EP2145074A1
Application number: EP08733244A
Authority: EP
Inventors: Josef Mocivnik
Original assignee: Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH
Current assignee: Techmo Entwicklungs und Vertriebs GmbH
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2010-01-20
Also published as: AT505158B1; AT505158A4; WO2008128267A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone (2) mit einem Bohrgestänge (3) umfasst einen Adapter (5), welcher an einem der Bohrkrone (2) abgewandten Ende (6) mit dem Bohrgestänge (3) verbindbar oder mit einem Bohrgestängeende (8) integral ausgebildet ist. An einem der Bohrkrone (2) zugewandten Ende (7) des Adapters (5) ist eine an einer Außenfläche des Adapters (5) umlaufende schraubenförmige Nut (17) vorgesehen, welche mit einem in einer Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) zur Aufnahme des Adapters (5) angeordneten Kopplungselement (15) in und außer Eingriff bringbar ist, wobei das Kopplungselement (15) ebenfalls schraubenförmig und als separater Bauteil in die Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) einsetzbar ist.

Description

Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone mit einem Bohrgestänge

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone mit einem Bohrgestänge mittels eines Adapters, welcher an einem der Bohrkrone abgewandten Ende mit dem Bohrgestänge verbindbar oder mit einem Bohrgestängeende integral ausgebildet ist.

Eine derartige Verbindungsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 201 07 539 Ul bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung ist ein Adapter vorgesehen, welcher an seinem rückwärtigen, d.h. der Bohrkrone abgekehrten Ende, mit einem Gewindeabschnitt zum Ankuppeln der Bohrstange versehen ist und an seinem vorderseitigen Ende über einen elastisch verformbaren Kupplungsring lösbar mit der Bohrkrone in Verbindung steht.

An der bekannten Vorrichtung ist von Nachteil, dass der Kupplungsring schwer zu lösen ist, da er durch Ziehen gelöst werden muss. Verkantungen und Verklemmungen des Kupplungsrings während des Bohrvorgangs können ein Lösen des Bohrgestänges von der im Bohrloch befindlichen Bohrkrone dann möglicherweise unmöglich machen oder in Beschädigungen des Bohrgestänges resultieren.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone mit einem Bohrgestänge anzugeben, welche ein einfaches, zuverlässiges Lösen des Bohrgestänges von der im Bohrloch befindlichen Bohrkrone ohne Beschädigung des Bohrgestänges ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone mit einem Bohrgestänge gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an einem der Bohrkrone zugewandten Endbereich eines Adapters eine an einer Außenfläche des Adapters umlaufende schraubenförmige Nut vorgesehen ist, welche mit einem in einer Ausnehmung der Bohrkrone zur Aufnahme des Adapters angeordneten Kopplungselement in und außer Eingriff bringbar ist, wobei das Kopplungselement ebenfalls schraubenförmig und als separater Bauteil in die Ausnehmung der Bohrkrone einsetzbar ist. Dadurch kann vorteilhafterweise durch einfaches, gegen die Bohrdrehrichtung erfolgendes Drehen des Bohrgestänges nach dem Ende des Bohrvorgangs der in Bohrdrehrichtung vorhandene Formschluss zwischen dem Adapter und der Bohrkrone gelöst werden, ohne dass Beschädigungen des Bohrgestänges oder Verklemmungen und Verkantungen zu befürchten sind.

Weitere Vorteile und Verbesserungen der erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Das Kopplungselement ist vorteilhafterweise in der Ausnehmung der Bohrkrone in einer schraubenförmigen Nut angeordnet, welche mit der Nut des Adapters korrespondiert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der Adapter im in der Bohrkrone eingesetzten Zustand mit einer Stirnfläche an einer Bodenfläche der Ausnehmung der Bohrkrone in Anlage sein, so dass der Formschluss zwischen der Bohrkrone und dem Adapter durch die Abstützung des Adapters in der Ausnehmung verstärkt wird.

Von Vorteil ist weiterhin, dass die Nut des Adapters und die Nut der Bohrkrone jeweils einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und dass das Kopplungselement einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein geschmeidiges Gleiten des Kopplungselements in den Nuten ermöglicht wird.

Um ein unbeabsichtigtes Auswandern des Kopplungselements aus der Nut während des Bohrbetriebs zu verhindern, kann dieses an der Bohrkrone befestigbar sein.

Ein Steigungswinkel der schraubenförmigen Nuten kann zwischen 10° und 40°, bevorzugt zwischen 18° und 25°, betragen. Dadurch ist vorteilhafterweise ein zuverlässiger Halt bei schneller Lösbarkeit gegeben.

Vorteilhafterweise besteht das Kopplungselement aus einem von dem Werkstoff der Bohrkrone verschiedenen Werkstoff, vorzugsweise aus Federstahl, wodurch eine sichere Verbindung gewährleistet werden kann.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann an dem Adapter eine umfängliche, die Nut des Adapters abschließende Nut vorgesehen sein, welche als Anschlag für das Kopplungselement und somit als Schutz vor unbeabsichtigtem Auswandern durch die beim Bohrbetrieb auftretenden Vibrationen dienen kann. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren schematisch dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Bohrkrone an einem Bohrgestänge mit Spülrohr,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung, und

Fig. 3 eine schematische perspektivische Explosionsansicht des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Bohrvorrichtung 1 umfassend eine Bohrkrone 2, die mit einem zum Zweck des Zuführens von Spülmittel hohlen Bohrgestänge 3 in Verbindung steht, dargestellt. An der Bohrkrone 2 setzt ein Spülrohr 4 an, welches zum Abtransport von Schlamm und abgetragenem Material dient.

Die Bohrkrone 2 wird nach Abschluss einer Bohrung, z.B. zum Herstellen eines Gebirgsankers, für gewöhnlich im Bohrloch belassen, da sie nur unter großem Aufwand entfernt werden kann, wogegen das Bohrgestänge 3 wieder abgezogen wird. Daher muss die Bohrkrone 2 lösbar mit dem Bohrgestänge 3 verbindbar sein.

Die Verbindung zwischen der Bohrkrone 2 und dem Bohrgestänge 3 muss somit einerseits lösbar, andererseits aber auch so stabil sein, dass sie sich nicht durch die während der Bohrung auftretenden Vibrationen löst. Normale Gewindeverbindungen eignen sich hierfür nicht, da diese dazu tendieren, bereits bei geringfügigen Beschädigungen schwergängig zu werden oder sich zu verkanten, so dass sie nicht mehr gelöst werden können.

In Fig. 2 ist in einer schematischen geschnittenen Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone 2 mit einem Bohrgestänge 3 dargestellt.

Die Verbindung erfolgt dabei über einen Adapter 5, welcher im Ausführungsbeispiel einerseits mit der Bohrkrone 2 und andererseits mit dem Bohrgestänge 3 verbindbar ist. Der Adapter 5 ist dabei an einem der Bohrkrone 2 abgewandten Ende 6 mit dem Bohrgestänge 3 beispielsweise über ein Gewinde 7 verbindbar oder mit einem Bohrgestängeende 8 einstückig ausgeführt. Ein der Bohrkrone 2 zugewandtes Ende 9 des Adapters 5 ist so gestaltet, dass es mit der Bohrkrone 2 lösbar in Eingriff bringbar ist.

Der Adapter 5 ist dabei im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in seiner radialen Ausdehnung so dimensioniert, dass er in eine Ausnehmung 10 der Bohrkrone 2 zumindest abschnittsweise unter Bildung eines in Bohrrichtung der Bohrkrone 2 wirkenden Formschlusses einschiebbar ist. Eine Stirnfläche 11 des Adapters 5 ist dabei an einer Bodenfläche 12 der Ausnehmung 10 in Anlage bringbar. Alternativ ist eine gestufte Ausprägung des Adapters 5 möglich, bei welcher eine Schulter 13 so ausgebildet ist, dass sie an einer Gegenschulter 14 der Bohrkrone 2 in Anlage bringbar ist und sich daran während des Bohrvorgangs abstützt. Der Formschluss ist weiterhin durch die teilweise Erstreckung des Adapters 5 in die Ausnehmung 10 der Bohrkrone 2 gewährleistet.

In der Ausnehmung 10 der Bohrkrone 2 ist ein schraubenfederförmiges Kopplungselement 15 angeordnet, welches beim Bohrvorgang für die Drehkopplung des Adapters 5 mit der Bohrkrone 2 sorgt. Das Kopplungselement 15 besteht vorzugsweise aus einem von dem Werkstoff der Bohrkrone 2 unterschiedlichen Werkstoff, vorzugsweise aus Federstahl. Das Kopplungselement 15 liegt dabei sowohl am Adapter 5 als auch in der Ausnehmung 10 der Bohrkrone 2 in einer Nut 16, 17, in welcher das Kopplungselement 15 geführt und gelagert ist. Die Nuten 16, 17 umlaufen schraubenförmig eine Innenfläche der Ausnehmung 10 sowie korrespondierend hierzu eine Außenfläche des Adapters 5. Die Nut 17 des Adapters 5 erstreckt sich dabei zumindest über ein axiales Teilstück des Adapters 5.

Die Nuten 16, 17 des Adapters 5 und der Bohrkrone 2 weisen gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt auf. Das Kopplungselement 15 weist korrespondierend dazu einen annähernd kreisförmigen Querschnitt auf, so dass eine glatte Führung des Kopplungselements 15 in den einander zu einem annähernd kreisförmigen Querschnitt ergänzenden Nuten 16, 17 möglich ist. Alternativ kann der Querschnitt des Kopplungselements 15 auch kantig, d.h. drei-, vier- oder mehreckig sein. Die Form der Nuten 16, 17 muss dann entsprechend gewählt werden.

Das Kopplungselement 15 ist als einzelner Bauteil konzipiert, kann aber an der Bohrkrone 2 befestigbar sein. In der Explosionsdarstellung gemäß Fig. 3 ist das Kopplungselement 15 zur besseren Veranschaulichung aus der Nut 16 der Bohrkrone 2 herausgedreht dargestellt.

Wie ebenfalls aus Fig. 3 deutlich ersichtlich, sind die Steigungswinkel der schraubenförmigen Nuten 16, 17 und des Kopplungselements 15 gleich groß. Die Nut 17 des Adapters 5 kann durch eine umlaufende Nut 18 ohne Steigungswinkel abgeschlossen sein, so dass das Kopplungselement 15 während des Bohrvorgangs nicht aus der Nut 17 laufen kann. So kann auf einfache Art vermieden werden, dass der Formschluss zwischen Bohrkrone 2 und Adapter 5 nicht ungewollt gelöst wird.

Die Steigungswinkel der Nuten 16, 17 und des Kopplungselements 15 betragen dabei zwischen 10° und 40°, bevorzugt zwischen 18° und 25°. Die Werte sind so gewählt, dass einerseits eine schnelle Lösbarkeit und andererseits ein zuverlässiger Formschluss gewährleistet sind. Der gewählte Steigungswinkel stellt einen Mittelweg aus einem großen Steigungswinkel, welcher für eine einfache Lösbarkeit sorgt, und einem geringen Steigungswinkel, der für einen sicheren Formschluss sorgt, dar.

Die Steigung der Nuten 16, 17 ist so ausgerichtet, dass der Formschluss zwischen der Bohrkrone 2 und dem Adapter 5 während des Bohrbetriebs verstärkt wird. Nach Abschluss des Bohrvorgangs wird zum Lösen der Verbindung das Bohrgestänge 3 kurzzeitig in die Gegenrichtung gedreht und dadurch der Adapter 5 aus dem Formschluss in der Ausnehmung 10 der Bohrkrone 2 gelöst. Das Bohrgestänge 3 mit dem daran fixierten Adapter 5 kann dann abgezogen und wieder verwendet werden.

Claims

Ansprüche:

1. Vorrichtung zum lösbaren Verbinden einer Bohrkrone (2) mit einem Bohrgestänge (3) mittels eines Adapters (5), welcher an einem der Bohrkrone (2) abgewandten Ende (6) mit dem Bohrgestänge (3) verbindbar oder mit einem Bohrgestängeende (8) integral ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Bohrkrone (2) zugewandten Ende (7) des Adapters (5) eine an einer Außenfläche des Adapters (5) umlaufende schraubenförmige Nut (17) vorgesehen ist, welche mit einem in einer Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) zur Aufnahme des Adapters (5) angeordneten Kopplungselement (15) in und außer Eingriff bringbar ist, wobei das Kopplungselement (15) ebenfalls schraubenförmig und als separater Bauteil in die Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) einsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15) in der Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) in einer schraubenförmigen Nut (16) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (5) im in der Bohrkrone (2) eingesetzten Zustand mit einer Stirnfläche (11) an einer Bodenfläche (12) der Ausnehmung (10) der Bohrkrone (2) in Anlage ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) des Adapters (5) und die Nut (16) der Bohrkrone (2) jeweils einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen und dass das Kopplungselement (15) einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15) an der Bohrkrone (2) befestigbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steigungswinkel der schraubenförmigen Nuten (16, 17) zwischen 10° und 40°, bevorzugt zwischen 18° und 25° beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (15) aus einem von dem Werkstoff der Bohrkrone (2) verschiedenen Werkstoff, vorzugsweise aus Federstahl, besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Adapter (5) eine umfängliche, die Nut (17) abschließende Nut (18) vorgesehen ist.