EP2770157A1 - Drilling tool and method for drilling in soil - Google Patents
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- EP2770157A1 EP2770157A1 EP14158322.9A EP14158322A EP2770157A1 EP 2770157 A1 EP2770157 A1 EP 2770157A1 EP 14158322 A EP14158322 A EP 14158322A EP 2770157 A1 EP2770157 A1 EP 2770157A1
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Definitions
- the invention relates to a drilling tool for Erdbohren with a drill string element which is connectable to a rotary drive and rotatably driven about a drilling axis, a frame-like housing and at least one Abtragsstatt which is mounted radially adjustable in the housing between a retreat position in the housing and a working position in which the at least one removal tooth protrudes radially out of the housing, according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a method for producing a bore in the ground with such a drilling tool.
- Drilling tools for earth drilling are used in particular for the creation of foundation piles for buildings.
- a drilling tool is rotationally introduced into the soil by means of a drill with a rotary drilling drive, wherein soil material is removed and conveyed away to the ground surface.
- a bore is created which has a substantially uniform bore diameter over the entire bore depth.
- a generic drilling tool can be used, which from the DE 32 19 362 C1 is known.
- this known drilling tool can be adjusted by means of a hydraulic cylinder Abtrags leopard on a housing-like body from a retreat position into a radially projecting working position. In this projecting removal position, an enlarged bore diameter can be achieved with an adjustment in the borehole.
- the erosion tooth can be reset by the hydraulic cylinder, so that the drilling tool can be withdrawn through the upper hole area with smaller bore diameter again.
- the invention has for its object to provide a drilling tool and a method for earth drilling, with which an extension of the drill diameter in a lower region of the well is made possible in a simple and reliable manner.
- the drilling tool according to the invention is characterized in that in the drill pipe element in the housing, a transmission mechanism is arranged, by which a lifting movement or a lifting and rotating movement of the drill string element in a radial movement for radially adjusting the at least one Abtragszahnes is translatable.
- a basic idea of the invention is the necessary energy for actuating an adjustable erosion tooth on the drilling tool via a normal stroke. and / or to apply rotary motion of the drill string. It can therefore be dispensed with hydraulic or electrical actuators and corresponding feeds for hydraulic fluid or electricity.
- a transmission mechanism is arranged in the housing of the drilling tool, can be picked up by which a lifting or rotary movement of the drill string element and translated into a desired radial movement of the at least one Abtrags leopardes. It is thus provided a mechanical actuating mechanism, which is actuated directly by the drill pipe and its movements.
- the drill pipe serves in a known manner for transmitting an axial feed movement during drilling and for transmitting the Bohrcardmomentes of a rotary drilling drive, which is arranged on the ground surface.
- a rotary drilling machine is provided with a vertical mast on which in known manner the drilling drive is mounted so as to be displaceable vertically displaceably on a drilling carriage.
- a preferred embodiment of the drilling tool according to the invention is that the transmission mechanism has a sliding sleeve, which is mounted axially displaceable along the drilling axis, that at least one radially adjustable mounted in the housing sliding member is arranged on which at least one Abtragszahn is attached, and that at least a deflection lever is articulated on the one hand to the sliding sleeve and on the other hand to the sliding member, wherein an axial lifting movement of the sliding sleeve in a radial adjusting movement of the sliding member can be implemented by the deflection lever.
- the sliding sleeve is preferably mounted axially displaceable concentrically with the drilling axis on the drill string element or as part of the drill string element of the drilling tool.
- the axial displacement movement can preferably be applied by the drilling tool being placed on the bottom of the hole and the sliding sleeve being displaced axially by a predetermined distance due to the pressure exerted from above.
- This thrust movement which is parallel to the drilling axis, causes a radial adjusting movement of a sliding element, which is guided radially adjustable in the housing, via radially directed, inclined deflection levers.
- the sliding member serves as a carrier for receiving and holding one or more erosion teeth.
- the drilling tool according to the invention is advantageously further developed in that on an upper side an upper connection for a drill pipe and that on a lower side a lower connection for a removal device for the removal of soil at the bottom of the hole is provided.
- the drilling tool according to the invention can therefore be as an intermediate or insert member of a larger drilling tool unit.
- a removal device for example, a radially directed drill bit or, preferably, a drill bit for a discontinuous Kellybohren be provided.
- an upper port is preferably formed as a so-called Kellybox with a square opening. It can be made as a connection to a conventional drill pipe, in particular a telescopic Kelly rod.
- a further advantageous embodiment variant of the drilling tool according to the invention is that the upper connection to the lower terminal via a Befest whyselemet rotatably and axially slidably connected to a predetermined stroke and that the axial stroke is limited by means of the sliding sleeve.
- the housing extending drill pipe element is thus not rigid, but at least formed in two parts. Between the two parts, a coupling member may be provided, which allows a rotationally fixed connection, but a relative to the drilling axis axial movement.
- a keyway which is provided on the inner or an outer side of the Befest onlyselemetes as a coupling member.
- the axial Stelloder stroke is limited by mechanical stops.
- the transmission mechanism has a rotary member which is rotatably mounted about the drilling axis, that at least one pivotally mounted on the housing pivot member is arranged on which at least one Abtragszahn is mounted, and that at least one Pivot lever is hinged on the one hand to the rotary member and on the other hand on the pivot member, wherein a rotational movement of the rotary member can be converted into a radial adjusting movement of the pivot member by the pivot lever.
- This arrangement consists according to the invention in that the rotary member between a first rotational position, in which the at least one Abtragszahn is in the retracted position in the housing, and a second rotational position is rotatable, wherein the Abtragszahn in the working position radially located outside the housing, and that the rotary member in the first rotational position and / or the second rotational position is lockable.
- a locking or unlocking can be done via a Verbolzung from outside the borehole.
- a locking or unlocking can take place by an axial adjusting movement of the drill string, as is known, for example, in the locking or unlocking of a telescoping KellybohrgetCodes.
- corresponding axial latch pockets can be provided on the linkage element of the drilling tool.
- a removal device for removing soil is connected to the bottom of the hole.
- the removal device may in particular be a drilling screw. But there are also other removal device, such as a drilling bucket conceivable.
- the removal device is designed as a drilling screw with at least one drill spiral.
- the removal device is designed as a drilling screw with at least one drill spiral.
- two or more boring spirals can also be arranged.
- At least one folding tooth is arranged on the auger in a lower region, which can be folded in pending ground from a retracted retraction position into a radially projecting removal position.
- two or more folding teeth are pivotally mounted at the lower end of the auger.
- the arrangement is preferably chosen so that in an unloaded state, the folding teeth are in the retracted retraction position and not radially protrude towards the drill helices.
- the folding teeth on the auger in the removal position are just as far radially as the erosion teeth of the drilling tool in the radially expanded working position.
- a drilling tool unit can be of modular design, wherein the drilling tool according to the invention is a modular member, which is mounted only at certain working sections in the preparation of the borehole to the drill string.
- a particularly preferred variant of the method according to the invention is that first a cased bore is produced with a support tube having an inner diameter and an outer diameter up to a first drilling depth, that a connection bore is continued below the support tube to a second drilling depth, wherein the connection bore a Drill diameter which corresponds to the inner diameter of the support tube, and that the bore diameter of the connection bore is extended at least in a partial area with the drilling tool according to the invention to a bore diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the support tube.
- a uniform drill or foundation pile can be created with a constant bore diameter, which is provided in its upper region to stabilize the well with a drill or support tube.
- this metal support tube usually extends only a few meters into the ground.
- the support or drill pipe is usually introduced in addition to the drilling tool in the ground.
- the bore is limited below the support tube to the inner diameter of the support tube.
- FIGS. 1 to 4 A basic structure of the drilling tool 10 according to the invention, which is part of a drilling tool unit 5, can FIGS. 1 to 4 be removed.
- the drilling tool 10 according to the invention has a frame-like, sleeve-shaped housing 12 whose outer diameter corresponds approximately to the drill diameter.
- the housing 12 has on its upper side a cover element 18 and on its underside a bottom element 16.
- two opposite passage openings 20 are arranged for Abtragszähne.
- the radially expository erosion teeth of the drilling tool 10 are in the FIGS. 1 and 3 for clarity not shown and will be explained later.
- a lower terminal 24 is arranged in the form of a square Kellymor.
- a removal device 50 which is designed as a drilling screw 52, is releasably attached to the drilling tool 10 for forming the boring unit 5.
- the auger 52 has a coaxial with the drilling axis 7 extending drill shank 54, at the lower end of a so-called pilot 60 is arranged for centering.
- a first drill helix 56 extends for the removal and picking up of removed soil material.
- a second drill spiral 58 extends through which a symmetrical removal of the soil material by means of arranged cutting teeth 62 is made possible.
- respective folding teeth 64 are arranged, which are arranged on a folding tooth carrier 66 hinged around a pivot pin 86.
- the folding tooth carrier 66 is located between a retracted retraction position, which in Fig. 4 is shown, and an unfolded, radially projecting removal position pivotally, which in Fig. 2 is clear.
- the folding tooth carrier 66 pivots downward in the retraction position according to Fig. 4 , With pending soil material of the folding tooth carrier 66 to broaden the diameter of the drill bit with respect to the diameter of the first drill 56 outward in the position according to Fig. 2 pressed.
- the folding teeth 64 thus also allow below the drilling tool 10 according to the invention a Bohr malmessererweittation.
- FIGS. 1 and 3 can be used to form the drilling tool 10 according to the invention a removal device, which closer in connection with the FIGS. 5 to 9 is shown and described.
- a first transmission mechanism 30 has a fastening element 32, which is mounted coaxially to the drilling axis 7 on a drill pipe element 14.
- the drill pipe element 14 has, as not shown in detail, a separate lower element and a separate, but rotatably but axially slidably connected thereto second upper drill pipe element 14 'on.
- Two diametrically opposite guide plates 35 are fastened to the fastening element 32, along which a respective plate-shaped sliding member 34 is mounted so as to be radially movable.
- For each slide member 34 are each two bearing levers 36 are arranged, which are articulated on the one hand on the fastening element 32 and the attached guide plate 35 and on the other hand articulated to the sliding member 34.
- FIGS. 5 and 6 The retraction position of the sliding member 34, on the outside of a plurality of Abtragszähnen 26 are releasably secured, is in FIGS. 5 and 6 shown.
- an annular sliding sleeve 40 is provided, which is mounted coaxially to the drilling axis 7 on the drill pipe element 14 axially displaceable.
- the sliding sleeve 40 is pressed in the direction of the fastening element 32 by means of the borehole bottom.
- On the sliding sleeve lever 37 are hinged. These lever 37 and the bearing levers 36 are pivoted when pressed down to a shallower angular position, which in Fig. 7 is shown.
- FIGS. 10 to 14 Another embodiment of a drilling tool 10 according to the invention with a second transmission mechanism 130 will be described below in connection with FIGS FIGS. 10 to 14 explained.
- a second transmission mechanism 130 with a rotatable about the drilling axis 7 mounted rotary member 132 is in the various operating positions in the FIGS. 10 to 12 shown.
- a stop device with three evenly distributed around the circumference of stops 140 are arranged, which are formed segment-like.
- an annular disk-shaped rotary member 132 is formed, which has three likewise offset by 120 ° to each other driver elements 133.
- the rotary member 132 is rotatably connected to the upper terminal 22, as in particular from Fig. 13 can be seen.
- a drill pipe element is formed as a whole, which is connected in a rotationally fixed manner via the upper connection 22 to the overlying drill pipe so that a torque transmission via the driver elements 133 and the stops 140 can be transmitted to the drill pipe element 14, which is connected in a rotationally fixed manner to the lower connection 24 is.
- Internal keyway structures 139 serve essentially for axial guidance.
- a respective deflection lever 136 is pivotably articulated to the three driver elements 133.
- the opposite free end of the Auslenkhebels 136 is pivotally connected to a pivot member 134, on which releasably Abtragszähne 26 are arranged.
- the pivot member 134 merges into a bearing lever 137, which is pivotally mounted on a bearing block 138 which is fixed to the inside of the sleeve-shaped housing 12.
- Fig. 10 the drilling tool 10 according to the invention is shown with the second transmission mechanism 130 in the retracted position, in which the Abtragszähne 26 are disposed within the housing 12.
- the driver elements 133 of the rotary member 132 are in the clockwise direction of the segment-shaped stops 140, which are rotatably connected to the housing 12 and the lower terminal 24.
- the cylindrical housing 12 in the illustrated drilling tool 10 three through openings 20 along the peripheral wall of the housing 12 for the passage of the Abtragszähne 26.
- the respective abutment surfaces of the driver elements 133 of the rotary member 132 and the corresponding abutment surfaces of the stops 140 may be beveled, so that the rotary member 132 in an axially unloaded state, in which the drilling tool 10 is suspended freely about a drill pipe, from the axial engagement position, which in Fig. 14 is shown, relatively slips upwards by a predetermined axial stroke. It is also possible to mount the rotary member 132 relative to the housing 12 so that it remains in the axial engaged position even in an axially unloaded condition.
- the drilling tool 10 can be introduced approximately by an inserted support tube in an existing bore with a first diameter. If the drilling tool 10 then abuts against the bottom of the hole, the upper connection 22 and the lower connection 24 are pushed axially toward one another so that the rotary element 132 can reach the engagement position with the driver elements 133, which in FIG Fig. 14 is shown.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Erdbohren mit einem Bohrgestängeelement, welches mit einem Drehantrieb verbindbar und um eine Bohrachse drehend antreibbar ist, einem rahmenartigen Gehäuse und mindestens einem Abtragszahn, welcher in dem Gehäuse radial verstellbar zwischen einer Rückzugsposition in dem Gehäuse und einer Arbeitsposition gelagert ist, in welcher der mindestens eine Abtragszahn radial aus dem Gehäuse vorsteht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drilling tool for Erdbohren with a drill string element which is connectable to a rotary drive and rotatably driven about a drilling axis, a frame-like housing and at least one Abtragszahn which is mounted radially adjustable in the housing between a retreat position in the housing and a working position in which the at least one removal tooth protrudes radially out of the housing, according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung im Boden mit einem derartigen Bohrwerkzeug.The invention further relates to a method for producing a bore in the ground with such a drilling tool.
Bohrwerkzeuge zum Erdbohren werden insbesondere zur Erstellung von Gründungspfählen für Bauwerke eingesetzt. Dabei wird mittels eines Bohrgerätes mit Drehbohrantrieb ein Bohrwerkzeug drehend in den Boden eingebracht, wobei Bodenmaterial abgetragen und zur Bodenoberfläche abgefördert wird. Hierdurch wird eine Bohrung erstellt, welche über die gesamte Bohrungstiefe einen im Wesentlichen einheitlichen Bohrdurchmesser aufweist.Drilling tools for earth drilling are used in particular for the creation of foundation piles for buildings. In this case, a drilling tool is rotationally introduced into the soil by means of a drill with a rotary drilling drive, wherein soil material is removed and conveyed away to the ground surface. As a result, a bore is created which has a substantially uniform bore diameter over the entire bore depth.
Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch gewünscht oder erforderlich, in einem unteren Bereich der Bohrung den Bohrdurchmesser zu erweitern. Hierzu kann beispielsweise ein gattungsgemäßes Bohrwerkzeug eingesetzt werden, welches aus der
Nach Durchführung der Bohrdurchmessererweiterung kann der Abtragszahn durch den Hydraulikzylinder wieder rückgestellt werden, so dass das Bohrwerkzeug durch den oberen Bohrlochbereich mit kleinerem Bohrdurchmesser wieder rückgezogen werden kann.After performing the Bohrdurchmessererweiterung the erosion tooth can be reset by the hydraulic cylinder, so that the drilling tool can be withdrawn through the upper hole area with smaller bore diameter again.
Allerdings ist bei drehend angetriebenen Bohrwerkzeugen mit einem Bohrgestänge eine Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zum Bohrwerkzeug problematisch. So bedarf die Zuführung von Hydraulikfluid von außerhalb des Bohrloches an ein drehendes Bohrwerkzeug zwingend einer so genannten Drehdurchführung, bei welcher ein drehendes Anschlussteil gegenüber einem stillstehenden Anschlussteil gegen hohe Drücke abzudichten ist. Auch die Führung und Anordnung der Hydraulikleitungen im Bohrloch ist störanfällig. Bei festen Hydraulikleitungen entlang des Bohrgestänges müssen zusätzliche Dichtungen vorgesehen werden, wenn zur Anpassung an größere Bohrtiefen weitere Bohrgestängeelemente angesetzt werden müssen. Eine alternative Zuführung von Hydraulikfluid über eine flexible Schlauchleitung ist bei rauhen Baustellenbedingungen beschädigungsanfällig und bedarf zudem einer separaten Schlauchzuführung mit Schlauchtrommel.However, with rotationally driven drilling tools with a drill string, a supply of hydraulic fluid to the drilling tool is problematic. Thus, the supply of hydraulic fluid from outside the borehole to a rotating drilling tool necessarily requires a so-called rotary feedthrough in which a rotating connection part is to be sealed against high pressure against a stationary connection part. The leadership and arrangement of the hydraulic lines in the hole is prone to failure. For solid hydraulic lines along the drill string additional seals must be provided if additional drill string elements must be used to accommodate larger drilling depths. An alternative supply of hydraulic fluid via a flexible hose is susceptible to damage in harsh site conditions and also requires a separate hose feed with hose reel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und ein Verfahren zum Erdbohren anzugeben, mit welchen eine Erweiterung des Bohrdurchmessers in einem unteren Bereich des Bohrloches in einfacher und zuverlässiger Weise ermöglicht wird.The invention has for its object to provide a drilling tool and a method for earth drilling, with which an extension of the drill diameter in a lower region of the well is made possible in a simple and reliable manner.
Die Aufgabe wird zum einen mit einem Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved on the one hand with a drilling tool having the features of claim 1 and on the other hand by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bohrgestängeelement in dem Gehäuse ein Übertragungsmechanismus angeordnet ist, durch welchen eine Hubbewegung oder eine Hub- und Drehbewegung des Bohrgestängeelementes in eine Radialbewegung zum radialen Verstellen des mindestens einen Abtragszahnes übersetzbar ist.The drilling tool according to the invention is characterized in that in the drill pipe element in the housing, a transmission mechanism is arranged, by which a lifting movement or a lifting and rotating movement of the drill string element in a radial movement for radially adjusting the at least one Abtragszahnes is translatable.
Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, die notwendige Energie zur Betätigung eines verstellbaren Abtragszahnes am Bohrwerkzeug über eine normale Hub- und/oder Drehbewegung des Bohrgestänges aufzubringen. Es kann also auf hydraulische oder elektrische Stellglieder und entsprechende Zuführungen für Hydraulikfluid oder Strom verzichtet werden. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäuse des Bohrwerkzeuges ein Übertragungsmechanismus angeordnet, durch welchen eine Hub- oder Drehbewegung des Bohrgestängeelementes aufgenommen und in eine gewünschte Radialbewegung des mindestens einen Abtragszahnes übersetzt werden kann. Es ist also ein mechanisches Betätigungsgetriebe vorgesehen, welches unmittelbar durch das Bohrgestänge und dessen Bewegungen betätigt wird. Das Bohrgestänge dient dabei in bekannter Weise zur Übertragung einer axialen Vorschubbewegung beim Bohren und zur Übertragung des Bohrdrehmomentes von einem Drehbohrantrieb, welcher an der Bodenoberfläche angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein Drehbohrgerät mit einem vertikalen Mast vorgesehen, an welchem in bekannter Weise der Bohrantrieb vertikal verfahrbar an einem Bohrschlitten verschiebbar gelagert ist.A basic idea of the invention is the necessary energy for actuating an adjustable erosion tooth on the drilling tool via a normal stroke. and / or to apply rotary motion of the drill string. It can therefore be dispensed with hydraulic or electrical actuators and corresponding feeds for hydraulic fluid or electricity. For this purpose, a transmission mechanism is arranged in the housing of the drilling tool, can be picked up by which a lifting or rotary movement of the drill string element and translated into a desired radial movement of the at least one Abtragszahnes. It is thus provided a mechanical actuating mechanism, which is actuated directly by the drill pipe and its movements. The drill pipe serves in a known manner for transmitting an axial feed movement during drilling and for transmitting the Bohrdrehmomentes of a rotary drilling drive, which is arranged on the ground surface. Preferably, a rotary drilling machine is provided with a vertical mast on which in known manner the drilling drive is mounted so as to be displaceable vertically displaceably on a drilling carriage.
Die rein mechanische Lösung zur radialen Verstellung von Abtragszähnen am Bohrwerkzeug ist robust, wartungsarm und damit wenig störanfällig.The purely mechanical solution for the radial adjustment of erosion teeth on the drilling tool is robust, low maintenance and therefore less susceptible to interference.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Bohrwerkzeuges nach der Erfindung besteht darin, dass der Übertragungsmechanismus eine Schiebehülse aufweist, welche entlang der Bohrachse axial verschiebbar gelagert ist, dass mindestens ein radial verstellbar im Gehäuse gelagertes Schiebeglied angeordnet ist, an welchem zumindest ein Abtragszahn angebracht ist, und dass mindestens ein Auslenkhebel einerseits an der Schiebehülse und andererseits an dem Schiebeglied angelenkt ist, wobei durch den Auslenkhebel eine axiale Hubbewegung der Schiebehülse in eine radiale Stellbewegung des Schiebegliedes umsetzbar ist. Die Schiebehülse ist vorzugsweise konzentrisch zur Bohrachse an dem Bohrgestängeelement oder als Bestandteil des Bohrgestängeelementes des Bohrwerkzeuges axial verschiebbar gelagert.A preferred embodiment of the drilling tool according to the invention is that the transmission mechanism has a sliding sleeve, which is mounted axially displaceable along the drilling axis, that at least one radially adjustable mounted in the housing sliding member is arranged on which at least one Abtragszahn is attached, and that at least a deflection lever is articulated on the one hand to the sliding sleeve and on the other hand to the sliding member, wherein an axial lifting movement of the sliding sleeve in a radial adjusting movement of the sliding member can be implemented by the deflection lever. The sliding sleeve is preferably mounted axially displaceable concentrically with the drilling axis on the drill string element or as part of the drill string element of the drilling tool.
Die axiale Verschiebebewegung kann vorzugsweise dadurch aufgebracht werden, dass das Bohrwerkzeug am Bohrlochgrund aufgesetzt wird und durch den von oben anstehenden Druck die Schiebehülse um einen vorgegebenen Weg axial verschoben wird. Diese zur Bohrachse parallele Schubbewegung bewirkt über radial gerichtete, schräggestellte Auslenkhebel eine radiale Stellbewegung eines Schiebegliedes, welches radial verstellbar in dem Gehäuse geführt ist. Das Schiebeglied dient dabei als Träger zum Aufnehmen und Halten eines oder mehrerer Abtragszähne.The axial displacement movement can preferably be applied by the drilling tool being placed on the bottom of the hole and the sliding sleeve being displaced axially by a predetermined distance due to the pressure exerted from above. This thrust movement, which is parallel to the drilling axis, causes a radial adjusting movement of a sliding element, which is guided radially adjustable in the housing, via radially directed, inclined deflection levers. The sliding member serves as a carrier for receiving and holding one or more erosion teeth.
Das Bohrwerkzeug nach der Erfindung ist vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, dass an einer Oberseite ein oberer Anschluss für ein Bohrgestänge und dass an einer Unterseite ein unterer Anschluss für eine Abtragseinrichtung zum Abtragen von Boden am Bohrlochgrund vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug kann daher als ein Zwischen- oder Einsatzglied einer größeren Bohrwerkzeugeinheit sein. So kann als Abtragseinrichtung beispielsweise eine radial gerichtete Bohrschneide oder vorzugsweise eine Bohrschnecke für ein diskontinuierliches Kellybohren vorgesehen sein. An der Oberseite ist ein oberer Anschluss vorzugsweise als eine sogenannte Kellybox mit einer Vierkantöffnung ausgebildet. Es kann so eine Verbindung zu einem herkömmlichen Bohrgestänge, insbesondere einer teleskopierbaren Kellystange hergestellt werden.The drilling tool according to the invention is advantageously further developed in that on an upper side an upper connection for a drill pipe and that on a lower side a lower connection for a removal device for the removal of soil at the bottom of the hole is provided. The drilling tool according to the invention can therefore be as an intermediate or insert member of a larger drilling tool unit. Thus, as a removal device, for example, a radially directed drill bit or, preferably, a drill bit for a discontinuous Kellybohren be provided. At the top, an upper port is preferably formed as a so-called Kellybox with a square opening. It can be made as a connection to a conventional drill pipe, in particular a telescopic Kelly rod.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges besteht darin, dass der obere Anschluss mit dem unteren Anschluss über ein Befestigungselemet drehfest und axial um einen vorgegebenen Hubweg schiebbar verbunden ist und dass der axiale Hubweg mittels der Schiebehülse begrenzt ist. Das sich durch Gehäuse erstreckende Bohrgestängeelement ist somit nicht starr, sondern zumindest zweiteilig ausgebildet. Zwischen den beiden Teilen kann ein Kupplungsglied vorgesehen sein, welches eine drehfeste Verbindung, jedoch eine bezogen auf die Bohrachse axiale Bewegung ermöglicht. Hierzu kann beispielsweise eine Keilnutverbindung vorgesehen sein, welche an der Innen- oder einer Außenseite des Befestigungselemetes als Kupplungsglied vorgesehen ist. Der axiale Stelloder Hubweg wird dabei durch mechanische Anschläge begrenzt.A further advantageous embodiment variant of the drilling tool according to the invention is that the upper connection to the lower terminal via a Befestigungselemet rotatably and axially slidably connected to a predetermined stroke and that the axial stroke is limited by means of the sliding sleeve. The housing extending drill pipe element is thus not rigid, but at least formed in two parts. Between the two parts, a coupling member may be provided, which allows a rotationally fixed connection, but a relative to the drilling axis axial movement. For this purpose, for example, be provided a keyway, which is provided on the inner or an outer side of the Befestigungselemetes as a coupling member. The axial Stelloder stroke is limited by mechanical stops.
Eine alternative Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges kann darin gesehen werden, dass der Übertragungsmechanismus ein Drehglied aufweist, welches um die Bohrachse verdrehbar gelagert ist, dass mindestens ein radial verschwenkbar am Gehäuse gelagertes Schwenkglied angeordnet ist, an welchem mindestens ein Abtragszahn angebracht ist, und dass mindestens ein Schwenkhebel einerseits an dem Drehglied und andererseits an dem Schwenkglied angelenkt ist, wobei durch den Schwenkhebel eine Verdrehbewegung des Drehgliedes in eine radiale Stellbewegung des Schwenkgliedes umsetzbar ist. Durch diese Anordnung mit einem Drehglied kann eine Verdrehbewegung des Bohrgestänges in eine gewünschte radiale Verstellbewegung des Abtragszahnes übersetzt werden.An alternative embodiment variant of the drilling tool according to the invention can be seen in that the transmission mechanism has a rotary member which is rotatably mounted about the drilling axis, that at least one pivotally mounted on the housing pivot member is arranged on which at least one Abtragszahn is mounted, and that at least one Pivot lever is hinged on the one hand to the rotary member and on the other hand on the pivot member, wherein a rotational movement of the rotary member can be converted into a radial adjusting movement of the pivot member by the pivot lever. By this arrangement with a rotary member, a rotational movement of the drill string can be translated into a desired radial displacement movement of the Abtragszahnes.
Ähnlich der zuvor beschriebenen Schiebehülse kann dabei die Verdrehbewegung des Drehgliedes durch entsprechende Anschläge auf einen vorgegebenen Drehwinkel begrenzt werden. Es ist auch der obere Anschluss gegenüber dem unteren Anschluss um einen Winkelbetrag verdrehbar gelagert.Similar to the previously described sliding sleeve while the rotational movement of the rotary member can be limited by appropriate stops to a predetermined angle of rotation. It is also the upper port relative to the lower port rotatably mounted by an angular amount.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Anordnung besteht nach der Erfindung darin, dass das Drehglied zwischen einer ersten Drehposition, bei welcher sich der mindestens eine Abtragszahn in der Rückzugsposition in dem Gehäuse befindet, und einer zweiten Drehposition verdrehbar ist, bei welcher sich der Abtragszahn in der Arbeitsposition radial außerhalb des Gehäuses befindet, und dass das Drehglied in der ersten Drehposition und/oder der zweiten Drehposition verriegelbar ist. Eine Verriegelung oder Entriegelung kann dabei über eine Verbolzung von außerhalb des Bohrloches erfolgen. Bevorzugt kann eine Verriegelung beziehungsweise Entriegelung aber durch eine axiale Stellbewegung des Bohrgestänges erfolgen, wie es etwa bei der Verriegelung beziehungsweise Entriegelung eines teleskopierbaren Kellybohrgetänges bekannt ist. Hierzu können am Gestängeelement des Bohrwerkzeuges entsprechende axiale Riegeltaschen vorgesehen sein.An advantageous development of this arrangement consists according to the invention in that the rotary member between a first rotational position, in which the at least one Abtragszahn is in the retracted position in the housing, and a second rotational position is rotatable, wherein the Abtragszahn in the working position radially located outside the housing, and that the rotary member in the first rotational position and / or the second rotational position is lockable. A locking or unlocking can be done via a Verbolzung from outside the borehole. Preferably, however, a locking or unlocking can take place by an axial adjusting movement of the drill string, as is known, for example, in the locking or unlocking of a telescoping Kellybohrgetänges. For this purpose, corresponding axial latch pockets can be provided on the linkage element of the drilling tool.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass an der Unterseite eine Abtragseinrichtung zum Abtragen von Boden am Bohrlochgrund angeschlossen ist. Die Abtragseinrichtung kann insbesondere eine Bohrschnecke sein. Es sind aber auch andere Abtragseinrichtung, etwa ein Bohreimer denkbar.According to another embodiment of the invention, it is advantageous that at the bottom of a removal device for removing soil is connected to the bottom of the hole. The removal device may in particular be a drilling screw. But there are also other removal device, such as a drilling bucket conceivable.
Weiter ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass die Abtragseinrichtung als eine Bohrschnecke mit zumindest einer Bohrwendel ausgebildet ist. Es können aber insbesondere im Bereich der unteren Bohrschneide auch zwei oder mehr Bohrwendeln angeordnet sein.Further, it is preferred according to the invention that the removal device is designed as a drilling screw with at least one drill spiral. However, in particular in the area of the lower boring cutting edge, two or more boring spirals can also be arranged.
Insbesondere bei längeren Bohrschnecken ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass an der Bohrschnecke in einem unteren Bereich mindestens ein Klappzahn angeordnet ist, welcher bei anstehendem Boden von einer eingeklappten Einzugsposition in eine radial vorstehende Abtragsposition ausklappbar ist. Vorzugsweise sind zwei oder mehr Klappzähne am unteren Ende der Bohrschnecke schwenkbar gelagert. Die Anordnung ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass in einem unbelasteten Zustand die Klappzähne sich in der eingeklappten Einzugsposition befinden und nicht radial gegenüber den Bohrwendeln vorstehen. Durch Aufsetzen auf den Bohrlochgrund und den anstehenden Druck des Bohrwerkzeuges können die Klappzähne dann in ihre Abtragsposition ausklappen, in welcher sie gegenüber den Bohrwendeln radial vorstehen. Vorzugsweise stehen die Klappzähne an der Bohrschnecke in der Abtragsposition genau so weit radial vor, wie die Abtragszähne des Bohrwerkzeuges in der radial erweiterten Arbeitsposition.Especially with longer augers, it is advantageous according to the invention that at least one folding tooth is arranged on the auger in a lower region, which can be folded in pending ground from a retracted retraction position into a radially projecting removal position. Preferably, two or more folding teeth are pivotally mounted at the lower end of the auger. The arrangement is preferably chosen so that in an unloaded state, the folding teeth are in the retracted retraction position and not radially protrude towards the drill helices. By placing on the bottom of the hole and the pending pressure of the drilling tool, the folding teeth can then expand into their removal position in which they project radially relative to the drill helices. Preferably, the folding teeth on the auger in the removal position are just as far radially as the erosion teeth of the drilling tool in the radially expanded working position.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Bohrung im Boden ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise Boden mit einem Bohrwerkzeug abgetragen wird, welches zuvor beschrieben wurde. Eine Bohrwerkzeugseinheit kann dabei modular aufgebaut sein, wobei das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug ein modulares Bauglied ist, welches nur zu bestimmten Arbeitsabschnitten bei der Erstellung des Bohrloches an das Bohrgestänge montiert wird.The inventive method for producing a hole in the ground is characterized in that at least temporarily soil is removed with a drilling tool, which was previously described. A drilling tool unit can be of modular design, wherein the drilling tool according to the invention is a modular member, which is mounted only at certain working sections in the preparation of the borehole to the drill string.
Eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante besteht nach der Erfindung darin, dass zunächst eine verrohrte Bohrung mit einem Stützrohr mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser bis zu einer ersten Bohrtiefe hergestellt wird, dass eine Anschlussbohrung unterhalb des Stützrohres bis zu einer zweiten Bohrtiefe fortgesetzt wird, wobei die Anschlussbohrung einen Bohrdurchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser des Stützrohres entspricht, und dass der Bohrdurchmesser der Anschlussbohrung zumindest in einem Teilbereich mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug bis auf einen Bohrdurchmesser erweitert wird, welcher gleich oder größer dem Außendurchmesser des Stützrohres ist.A particularly preferred variant of the method according to the invention is that first a cased bore is produced with a support tube having an inner diameter and an outer diameter up to a first drilling depth, that a connection bore is continued below the support tube to a second drilling depth, wherein the connection bore a Drill diameter which corresponds to the inner diameter of the support tube, and that the bore diameter of the connection bore is extended at least in a partial area with the drilling tool according to the invention to a bore diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the support tube.
Mit diesem Verfahren kann ein einheitlicher Bohr- oder Gründungspfahl mit gleichbleibendem Bohrdurchmesser erstellt werden, welcher in seinem oberen Bereich zur Stabilisierung des Bohrloches mit einem Bohr- oder Stützrohr versehen ist. Dabei erstreckt sich dieses Stützrohr aus Metall üblicherweise nur einige Meter in den Boden. Das Stütz- oder Bohrrohr wird dabei üblicherweise zusätzlich mit dem Bohrwerkzeug in den Boden eingebracht. Bei üblichen Bohrverfahren besteht dann das Problem, dass die Bohrung unterhalb des Stützrohres auf den Innendurchmesser des Stützrohres beschränkt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug besteht nunmehr die Möglichkeit, in einfacher Weise unterhalb des Stützrohres durch Ausfahren der radial verstellbaren Abtragszähne eine Anschlussbohrung unterhalb des Stützrohres auf von einem ersten Bohrdurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des Stützrohres auf einen größeren zweiten Bohrdurchmesser zu erweitern, insbesondere auf den Außendurchmesser des Stützrohres.With this method, a uniform drill or foundation pile can be created with a constant bore diameter, which is provided in its upper region to stabilize the well with a drill or support tube. In this case, this metal support tube usually extends only a few meters into the ground. The support or drill pipe is usually introduced in addition to the drilling tool in the ground. In conventional drilling then there is the problem that the bore is limited below the support tube to the inner diameter of the support tube. With the drilling tool according to the invention, it is now possible in a simple manner below the support tube by extending the radially adjustable Abtragszähne a connection bore below the support tube on from a first bore diameter corresponding to the inner diameter of the support tube to expand to a larger second bore diameter, in particular to the outer diameter of the support tube.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1:
- eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges mit ausgefahrenen Klappzähnen;
- Fig. 2:
- eine Draufsicht von unten auf das Bohrwerkzeug von
Fig. 1 ; - Fig. 3:
- eine Seitenansicht des Bohrwerkzeuges von
Fig. 1 mit eingezogenen Klappzähnen; - Fig. 4:
- eine Draufsicht von unten auf das Bohrwerkzeug von
Fig. 3 ; - Fig.5:
- eine Seitenansicht zu einem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug mit Schiebeglied in eingefahrener Position;
- Fig. 6:
- eine Querschnittsansicht zu
Fig. 5 ; - Fig. 7:
- eine Seitenansicht des Bohrwerkzeuges von
Fig. 5 mit ausgefahrenem Schiebeglied; - Fig. 8:
- eine Querschnittsansicht zu
Fig. 7 ; - Fig. 9:
- eine perspektivische Ansicht des Bohrwerkzeuges mit Schiebeglied;
Figuren 10 bis 12:- Querschnittsansichten zu einem weiteren erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug in verschiedenen radialen Ausfahrpositionen der Abtragszähne;
- Fig. 13:
- eine perspektivische Explosionsdarstellung zu dem
Bohrwerkzeug von Figuren 10 , jedoch ohne Übertragungsmechanismus; undbis 12 - Fig. 14:
- eine zusammengebaute Darstellung des Bohrwerkzeuges von
Fig. 13 .
- Fig. 1:
- a side view of a drilling tool according to the invention with extended folding teeth;
- Fig. 2:
- a top view from below of the drilling tool of
Fig. 1 ; - 3:
- a side view of the drilling tool of
Fig. 1 with retracted folding teeth; - 4:
- a top view from below of the drilling tool of
Fig. 3 ; - Figure 5:
- a side view of a drilling tool according to the invention with sliding member in the retracted position;
- Fig. 6:
- a cross-sectional view too
Fig. 5 ; - Fig. 7:
- a side view of the drilling tool of
Fig. 5 with extended sliding member; - Fig. 8:
- a cross-sectional view too
Fig. 7 ; - Fig. 9:
- a perspective view of the drilling tool with sliding member;
- FIGS. 10 to 12:
- Cross-sectional views of another drilling tool according to the invention in different radial extension positions of the Abtragszähne;
- Fig. 13:
- an exploded perspective view of the drilling tool of
FIGS. 10 to 12 but without transmission mechanism; and - Fig. 14:
- an assembled representation of the drilling tool of
Fig. 13 ,
Ein grundsätzlicher Aufbau des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges 10, welches Bestandteil einer Bohrwerkzeugeinheit 5 ist, kann den
An dem unteren Bodenelement 16 des Bohrwerkzeuges 10 ist ein unterer Anschluss 24 in Form einer vierkantförmigen Kellyverbindung angeordnet. Am unteren Anschluss 24 ist an dem Bohrwerkzeug 10 zum Bilden der Bohrwerkseinheit 5 eine Abtragseinrichtung 50 lösbar angebracht, welche als eine Bohrschnecke 52 ausgebildet ist.At the
Die Bohrschnecke 52 weist einen koaxial zur Bohrachse 7 verlaufenden Bohrschaft 54 auf, an dessen unterem Ende ein sogenannter Pilot 60 zum Zentrieren angeordnet ist. Über die Länge des Bohrschaftes 54 erstreckt sich eine erste Bohrwendel 56 zum Abfördern und Aufnehmen von abgetragenem Bodenmaterial. Im unteren Bereich erstreckt sich eine zweite Bohrwendel 58, durch welche ein symmetrisches Abtragen des Bodenmaterials mittels angeordneten Schneidzähnen 62 ermöglicht wird. Im unteren Bereich der ersten und zweiten Bohrwendeln 56, 58 sind jeweils Klappzähne 64 angeordnet, welche an einem um einen Schwenkbolzen 86 klappbar gelagerten Klappzahnträger 66 angeordnet sind. Der Klappzahnträger 66 ist zwischen einer eingeklappten Einzugsposition, welche in
Im unbelasteten Zustand schwenkt der Klappzahnträger 66 nach unten in die Einzugsposition gemäß
In das Gehäuse 12 gemäß
Ein erster Übertragungsmechanismus 30 weist ein Befestigungselement 32 auf, welches koaxial zur Bohrachse 7 auf einem Bohrgestängeelement 14 angebracht ist. Das Bohrgestängeelement 14 weist, wie nicht näher dargestellt, ein separates unteres Element und ein davon getrenntes, jedoch drehfest aber axial verschiebbar damit verbundenes zweites oberes Bohrgestängeelement 14' auf. An dem Befestigungselement 32 sind zwei diametral gegenüberliegende Führungsplatten 35 befestigt, entlang welchen jeweils ein plattenförmiges Schiebglied 34 radial bewegbar gelagert ist. Zu jedem Schiebeglied 34 sind je zwei Lagerhebel 36 angeordnet, welche jeweils einerseits gelenkig an dem Befestigungselement 32 beziehungsweise der daran befestigten Führungsplatte 35 und andererseits gelenkig an dem Schiebeglied 34 gelagert sind.A
Die Rückzugsposition des Schiebgliedes 34, an dessen Außenseite eine Vielzahl von Abtragszähnen 26 lösbar befestigt sind, ist in
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges 10 mit einem zweiten Übertragungsmechanismus 130 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den
Ein zweiter Übertragungsmechanismus 130 mit einem drehbar um die Bohrachse 7 gelagerten Drehglied 132 ist in den verschiedenen Betriebspositionen in den
Das Drehglied 132 ist drehfest mit dem oberen Anschluss 22 verbunden, wie insbesondere aus
Zur Ausbildung des zweiten Übertragungsmechanismus 130 sind an den drei Mitnehmerelementen 133 jeweils ein Auslenkhebel 136 schwenkbar angelenkt. Das gegenüberliegende freie Ende des Auslenkhebels 136 ist gelenkig mit einem Schwenkglied 134 verbunden, an welchem lösbar Abtragszähne 26 angeordnet sind. Das Schwenkglied 134 geht in einen Lagerhebel 137 über, welcher an einem Lagerbock 138 schwenkbar gelagert ist, welcher an der Innenseite des hülsenförmigen Gehäuses 12 befestigt ist.In order to form the
In
Durch eine Verdrehung des Drehgliedes 132 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in
Wie aus
Durch eine Übertragung des Bohrdrehmomentes gegen den Uhrzeigersinn können so die eingefahrenen Abtragszähne 26 gemäß
Nach Beendigung der Bohrung und Übertragung eines Bohrdrehmomentes mit dem Uhrzeigersinn werden Abtragszähne 26 durch den Übertragungsmechanismus 130 wieder von der Arbeitsposition gemäß
Claims (11)
dass an dem Bohrgestängeelement (14) in dem Gehäuse (12) ein Übertragungsmechanismus (30, 130) angeordnet ist, durch welchen eine Hubbewegung des Bohrgestängeelementes (14) in eine Radialbewegung zum radialen Verstellen des mindestens einen Abtragszahnes (26) übersetzbar ist.Drilling tool for drilling with
that on the drill string (14) in the housing (12), a transmission mechanism (30, 130) is arranged, through which a lifting movement of the drill string (14) is translatable in a radial movement for radial adjustment of at least one Abtragszahnes (26).
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet ,
dass an einer Oberseite ein oberer Anschluss (22) für ein Bohrgestänge und an einer Unterseite ein unterer Anschluss (24) für eine Abtragseinrichtung (50) zum Abtragen von Boden am Bohrlochgrund vorgesehen sind.Drilling tool according to claim 1 or 2,
characterized ,
that a lower connection for a drill string and a lower surface (24) for a Abtragseinrichtung (50) for the removal of soil at the bottom of a hole provided on an upper surface of an upper connection (22).
dadurch gekennzeichnet ,
dass der obere Anschluss (22) mit dem unteren Anschluss (24) über ein Befestigungselement (32) drehfest und axial um einen vorgegebenen Hubweg verschiebbar verbunden ist und
dass der axiale Hubweg mittels der Schiebehülse (40) begrenzt ist.Drilling tool according to claim 3,
characterized ,
in that the upper connection (22) is non-rotatably connected with the lower connection (24) via a fastening element (32) and is displaceably connected axially by a predetermined stroke, and
that the axial stroke is limited by means of the sliding sleeve (40).
dadurch gekennzeichnet ,
characterized ,
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Unterseite eine Abtragseinrichtung (50) zum Abtragen von Boden am Bohrlochgrund angeschlossen ist.Drilling tool according to one of claims 1 to 6,
characterized,
that at the bottom of a removal device (50) for removing soil is connected to the bottom of the hole.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtragseinrichtung (50) als eine Bohrschnecke (52) mit zumindest einer Bohrwendel (56, 58) ausgebildet ist.Drilling tool according to claim 7,
characterized,
that the Abtragseinrichtung (50) as an auger (52) with at least one drill helix (56, 58) is formed.
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Bohrschnecke (52) in einem unteren Bereich mindestens ein Klappzahn (64) angeordnet ist, welcher bei anstehendem Boden von einer eingeklappten Einzugsposition in eine radial vorstehende Abtragsposition ausklappbar ist.Drilling tool according to claim 8,
characterized,
that at least one folding tooth (64) is arranged on the drilling screw (52) in a lower region, which can be folded out from a retracted retraction position into a radially protruding removal position when the bottom is in contact.
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zeitweise Boden mit einem Bohrwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 abgetragen wird.Method of making a hole in the ground,
characterized,
that soil is at least temporarily removed with a drilling tool (10) according to one of claims 1 to 9.
dadurch gekennzeichnet,
characterized,
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