EP3190257B1 - Bohrvorrichtung und verfahren zum herstellen eines bohrpfahls im boden - Google Patents

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EP3190257B1
EP3190257B1 EP16150572.2A EP16150572A EP3190257B1 EP 3190257 B1 EP3190257 B1 EP 3190257B1 EP 16150572 A EP16150572 A EP 16150572A EP 3190257 B1 EP3190257 B1 EP 3190257B1
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drilling
auger
revolving bottom
drill
drilling device
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/003—Drilling with mechanical conveying means
    • E21B7/005—Drilling with mechanical conveying means with helical conveying means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts

Definitions

  • the invention relates to a drilling device for producing a bored pile in a soil with a drilling auger, which is rotatably drivable and has at least one boring spiral which runs along a central core tube, a drill pipe which is drivable independently of the auger and at least partially surrounds the auger. and a rotary bottom which is rotatably disposed at a lower portion of the auger and is adjustable between a drilling position in which a passage for soil material to the drilling helix is opened and a closing position in which the passage is closed, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing a bored pile in the ground with a boring device in which a boring screw with at least one boring spiral is rotationally driven to create a borehole in the soil, a boring pipe which at least partially surrounds the boring auger, independently of the auger is moved, a rotary bottom at the bottom of the auger in the drilling operation in a drilling position, wherein a passage is opened, passes through which soil material to the drill spiral, and the rotary bottom is moved when pulling the drilling device from the ground in a closed position, in which the rotary bottom is closed, according to the preamble of claim 12.
  • Such a drilling method is also referred to as double-head drilling.
  • Such a drilling device and such a drilling method for example, from the DE 103 59 103 A1 out.
  • the Doppelkopfbohren becomes particularly with loose Soils used, wherein the Bohrschnecke surrounding drill pipe supports the surrounding soil.
  • Upon reaching the desired final depth of a passage at the bottom of the auger is closed with a rotary bottom. This prevents that when pulling the drilling device drilled soil material from the drilling helices falls back into the wellbore.
  • filling material is introduced into the borehole through which the borehole wall is also supported.
  • the DE 103 59 103 A1 teaches a drilling device with auger and drill pipe, in which a rotary floor via a separate drive element, in particular a hydraulic cylinder or a motor, can be opened and closed.
  • a drilling bucket with a rotating floor goes out of the EP 2 840 882 A1 out.
  • the invention has for its object to provide a drilling apparatus and a method for producing a bored pile, with which a bored pile is particularly reliable and efficient to produce.
  • the drilling device is characterized in that the auger and the drill pipe are axially adjustable relative to each other between a first stroke position and a second stroke position, that in the first stroke position, the rotary bottom is in the drilling position with open passage and that in the second stroke position of the rotary bottom is arranged in its closed position with closed passage.
  • a basic idea of the invention is to set the two operating positions of the rotary base, namely on the one hand the drilling position with open passage for the soil material and the closing position on the other hand by a targeted axial movement between auger and drill pipe.
  • the closed position of the rotary bottom is locked, the passage to the drill spiral is closed.
  • a release of the closure position is possible only by a further opposite axial movement.
  • the drilling device with the rotary bottom in the closed position can be easily withdrawn from the borehole using a rotational movement, including a reversing rotary movement, without the risk of unintentional opening of a rotary bottom.
  • the drilling device can be easily withdrawn without the risk of inadvertent entry of drilled drilling material from the drilling helices into the area of the borehole.
  • a preferred embodiment of the invention is that a locking device is provided, by which a rotation of the rotary bottom is locked in its closed position in at least one direction of rotation.
  • the blocking is provided in both directions of rotation.
  • the locking device has at least one radially directed locking element on the circumference of the rotary bottom and at least one locking stop on an inner wall of the drill pipe.
  • the radially directed blocking element may be a simple pin or a nose or a radially directed stop surface on the outer circumference of the rotary bottom.
  • a plurality of locking elements are arranged distributed over the circumference.
  • the catch may have one or two stop bars.
  • the radially directed blocking element can be retracted axially on the circumference of the rotary base into a running intermediate space between the two axial stop strips.
  • a reverse arrangement is possible in which at least one radially directed blocking element on the inner circumference of the drill pipe extends radially inwardly, while one or more stop bars are provided on the outer periphery of the rotary bottom.
  • Locking element and / or locking stop can each be releasably supported on the rotary bottom or on the drill pipe.
  • the invention is preferably further developed according to a further embodiment, that along the inner circumference of the drill pipe at least one inclined guide rail is arranged, which cooperates with the axial displacement of the first stroke position in the second stroke position with at least one cam element on the rotary bottom, the rotary bottom in the shutter position is rotatable.
  • a cam-cam follower mechanism provided by which the axial lifting movement is converted into an at least partial rotational movement of the rotary bottom.
  • the radially directed blocking element is at the same time the cam element.
  • it may also be provided a separate cam element, which is provided with a friction-reducing device, such as a roller.
  • the guide bar can pass into the catch stop and thus form part of the locking device.
  • a kinematic reversal is possible, wherein the cam element is then provided on the radially inner side of the drill pipe and a guide strip on the drill spiral.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that the core tube of the auger has at least one outlet opening for a hardenable filling material in a lower region.
  • the filler in particular concrete or other hardenable mass or other pourable filling material, such as sand, gravel, gypsum, etc. can be introduced when pulling the drill pipe in the liberated borehole.
  • the filler in particular concrete or other hardenable mass or other pourable filling material, such as sand, gravel, gypsum, etc. can be introduced when pulling the drill pipe in the liberated borehole.
  • the support of the borehole can be taken directly by the contents.
  • the contents can harden immediately or after addition of another additive to the bored pile.
  • the outlet opening for the filling material has a closure. It is preferred according to a development of the invention that in the first stroke position, the outlet opening for the filling material is closed and that in the second Stroke position, the outlet opening for the filling material is open.
  • the opening and closing of the outlet opening for the filling material can be effected by a separate closure device, which is controlled from the outside.
  • the closure device for the outlet opening is preferably in direct communication with the rotary bottom, wherein during the adjustment of the rotary bottom from the drilling position into the closed position, the outlet opening is simultaneously moved from the closed position to the open position. This can be achieved by a corresponding slider on the outside or inside of the tube soul, wherein the slider is fixedly connected to the rotary bottom or is in mechanical operative connection with the rotary bottom.
  • a particularly compact arrangement is achieved according to an embodiment of the invention in that the rotary bottom is rotatably mounted on a lower end of the core tube and that are arranged on a bottom of the rotary bottom Bodenabtragswerkmaschinemaschinee.
  • the soil erosion tools can be chisels or erosion teeth.
  • a pilot with centering tip or other Abtragsm adoptedeln can be arranged in the region of the axis of rotation of the rotary base.
  • the outlet opening for the filling material is located below the rotary base, so that the filling material can emerge from the tube when the rotary floor is closed.
  • the invention further relates to a drilling apparatus for producing a bored pile in a ground with a carrier device and a mast arranged on the carrier device, wherein according to the invention the drilling device described above is provided.
  • a drilling device can be used which, except for the drilling device according to the invention, is designed like a conventional drilling device for double-head drilling.
  • a preferred embodiment of the drill according to the invention is that a lifting device is provided, with which the auger is axially adjustable relative to the drill pipe.
  • the lifting device may preferably have at least one actuating cylinder, in particular a hydraulic cylinder, through which an axial stroke movement between auger and drill pipe is executable.
  • the lifting device has two or more actuating cylinders.
  • the lifting device can be controlled by the operator of the drill, preferably a simple adjusting knob is provided.
  • a first rotary drive for the auger and a second rotary drive for the drill pipe are arranged axially adjustable on the mast.
  • the rotary actuators are preferably hydraulic drives, which are preferably movable along the mast by means of adjusting cylinders or cable pull mechanisms.
  • the axial travel drives for the two rotary drives can also be used to adjust the stroke to move drill pipe and auger axially to each other.
  • the lifting device is arranged between the first rotary drive and the second rotary drive.
  • the one or more actuating cylinders are arranged between the two rotary drives, so that the rotary actuators can be moved in a simple manner between the first stroke position and the second stroke position relative to each other.
  • the first rotary drive is axially fixed to the auger and the second rotary drive axially fixed to the drill pipe.
  • the invention is characterized in that for adjusting the rotary bottom, the auger and the drill pipe are axially displaced from each other between a first stroke position and a second stroke position, that in the first stroke position, the rotary bottom is in the drilling position with open passage and that in the second stroke position of the rotary bottom is adjusted in its closed position.
  • the drilling device described above or the drilling device described above can be used.
  • the advantages described above can be achieved with the method according to the invention.
  • the rotary bottom can be rotated before, after or during the axial adjustment into a closed position, in particular with one of the rotary drives.
  • a preferred variant of the method according to the invention consists in that during the axial adjustment of the auger relative to the drill pipe the rotary floor is rotated between the drilling position and the closing position.
  • a so-called cam cam follower mechanism can be used by which the axial adjustment is at least partially converted into a desired rotational movement.
  • the rotary bottom is adjusted from the drilling position into the closed position or optionally vice versa.
  • the rotary bottom in the drilling position closes an outlet opening for a hardenable filling material in a lower region of the at least one drill spiral, that the rotary floor releases the outlet opening in the closed position and that filling material for forming the outlet opening is provided Bored pile is introduced into the borehole.
  • the adjustment of the rotary bottom can also control the opening or closing of the outlet opening for the filling material.
  • FIG Fig. 1 A drill 10 with a drilling device 20 according to the invention is shown in FIG Fig. 1 shown.
  • the drill 10 has a carrier device 12 with a crawler track and a rotatable superstructure, on which a vertical mast 14 is arranged.
  • a first rotary drive 15 and a second rotary drive 16 are mounted vertically displaceable and movable by means of a cable mechanism 19 in a known manner.
  • the first rotary drive 15 is fixedly connected to a drilling auger 22 of the drilling device 20 to drive the auger 22 rotationally.
  • an outer drill pipe 30 of the drilling device 20 is rotatably connected to the second rotary drive 16. Drilling screw 22 and drill pipe 30 can be independently driven in terms of speed and direction and torque.
  • the rotary actuators 15, 16 are each independently supported axially displaceable on slides, wherein between the two rotary actuators 15, 16 a lifting device 18 is shown only schematically.
  • the lifting device 18, which has at least one hydraulic cylinder the first rotary drive 15 can be adjusted relative to the second rotary drive 16 axially by a defined stroke.
  • the auger 22 of the drilling device 20 has a central hollow core tube 24 along the circumference of a conveyor coil 24 is arranged for conveying processed soil material.
  • FIG Fig. 2 A lower end of a drilling device 20 according to the invention is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • a lower annular cutter 32 is releasably arranged with a plurality of downwardly directed Abtragszähnen 34.
  • the auger 22 is rotatably arranged with the central core tube 26 and the only partially recognizable drill spiral 24.
  • a rotary bottom 40 which consists essentially of a rotatably mounted plate 42 with two lateral, opposite V-shaped recesses 46.
  • the two recesses 46 in the plate 42 form an open passage through which soil material worked off by the soil removal tools 48 passes into the interior of the drill pipe 30 and over the at least one Drill spiral 24 can be conveyed upward.
  • On the outer periphery of the plate 42 more chisel 49 are arranged for removing the soil.
  • a radially directed locking element 50 releasably mounted in a radial outer region of the rotary bottom 40 via a respective U-shaped holder 52.
  • a pilot tip 44 is provided in a central region of the rotary bottom 40, which is also provided with a plurality of Abtragsm faced.
  • FIGS. 3 and 4 The structure of the lower portion of the drilling device 20 with the rotary bottom 40 is further in the FIGS. 3 and 4 clarified.
  • the plate 42 of the rotary bottom 40 Via a central pivot bearing 43, the plate 42 of the rotary bottom 40 is rotatably mounted about a center axis of the drilling device 20.
  • the radially directed outer locking elements 50 reach the rotary bottom 40 in the circumferential direction in engagement with the radially inwardly projecting locking stops 60, which are screwed from an outer side of the drill pipe 30 projecting radially inwardly.
  • second stroke position of the rotary bottom 40 is rotated by about 90 ° to a fixed end plate 28 at the lower end of the auger 22, so that the passages are closed in the interior of the drill pipe 30.
  • the drilling apparatus 20 may be axially withdrawn from the wellbore without the risk of drilled soil material falling from the wellbore 24 back into the wellbore.
  • an outlet opening, not shown, for a filling material is opened at the same time, wherein via a line 27 in the interior of the core tube 26 filler, such as concrete, can be introduced when retracting the drilling device 20 in the well.
  • Fig. 5 is clearly shown how the radially outwardly directed blocking element 50 on the outer circumference of the rotary bottom 40 for blocking a rotational movement comes into abutment with the radially projecting from the inner wall of the drill pipe 30 locking stopper 60.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Herstellen eines Bohrpfahls in einem Boden mit einer Bohrschnecke, welche drehend antreibbar ist und mindestens eine Bohrwendel aufweist, welche entlang einem zentralen Seelenrohr verläuft, einem Bohrrohr, welches unabhängig von der Bohrschnecke antreibbar ist und die Bohrschnecke zumindest abschnittsweise umgibt, und einem Drehboden, welcher drehbar an einem unteren Bereich der Bohrschnecke angeordnet ist und zwischen einer Bohrposition, bei welcher ein Durchgang für Bodenmaterial zur Bohrwendel geöffnet ist, und einer Verschlussposition verstellbar ist, in welcher der Durchgang verschlossen ist, gemäß dem Obergebegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrpfahls im Boden mit einer Bohrvorrichtung, bei dem zum Erstellen eines Bohrlochs im Boden eine Bohrschnecke mit mindestens einer Bohrwendel drehend angetrieben wird, einem Bohrrohr, welches die Bohrschnecke zumindest abschnittsweise umgibt, unabhängig von der Bohrschnecke drehend angetrieben wird, ein Drehboden am unteren Ende der Bohrschnecke im Bohrbetrieb in eine Bohrposition verstellt wird, wobei ein Durchgang geöffnet wird, durch welchen Bodenmaterial zur Bohrwendel gelangt, und der Drehboden beim Ziehen der Bohrvorrichtung aus dem Boden in eine Verschlussposition verstellt wird, in welcher der Drehboden verschlossen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Ein derartiges Bohrverfahren wird auch als Doppelkopfbohren bezeichnet. Eine derartige Bohrvorrichtung und ein derartiges Bohrverfahren gehen beispielsweise aus der DE 103 59 103 A1 hervor. Das Doppelkopfbohren wird insbesondere bei lockeren Böden eingesetzt, wobei das die Bohrschnecke umgebende Bohrrohr den umgebenden Boden abstützt. Bei Erreichen der gewünschten Endtiefe wird ein Durchgang am unteren Ende der Bohrschnecke mit einem Drehboden verschlossen. Hierdurch wird verhindert, dass beim Ziehen der Bohrvorrichtung abgebohrtes Bodenmaterial von den Bohrwendeln in das Bohrloch zurückfällt. Vorzugsweise wird gleichzeitig mit dem Ziehen der Bohrvorrichtung Füllmaterial in das Bohrloch eingeleitet, durch welches auch die Bohrlochwandung gestützt wird.
  • Aus der gattungsgemäßen EP 1 895 090 A1 oder der FR 2832438 A1 ist es bekannt, den Drehboden aus der Bohrposition in eine Verschlussposition durch eine Verdrehung der Bohrschnecke gegenüber dem Bohrrohr zu verstellen. Beim Ziehen der Bohrvorrichtung, insbesondere aus tieferen Bohrlöchern, ist es jedoch häufig notwendig, dass die Bohrvorrichtung drehend bewegt wird, um das Ziehen zu erleichtern. Insbesondere kann ein reversierendes Drehen beim Ziehen der Bohrvorrichtung hilfreich sein. Bei diesen Drehbewegungen kann es jedoch zu einem unbeabsichtigten Öffnen des Drehbodens kommen, so dass dann gelöstes Bodenmaterial aus dem Bereich der Bohrwendeln in den Bereich des Bohrloches und in das eingeleitete Füllmaterial fällt. Dies kann zu Fehlstellen beim zu erstellenden Bohrpfahl führen. Derartige Fehlstellen können die Festigkeit und Tragfähigkeit eines Bohrpfahles negativ beeinflussen, was zu einer aufwändigen Sanierung oder gar Neuherstellung des Bohrpfahles führen kann.
  • Die DE 103 59 103 A1 lehrt eine Bohrvorrichtung mit Bohrschnecke und Bohrrohr, bei welcher ein Drehboden über ein separates Antriebselement, insbesondere einen Hydraulikzylinder oder einen Motor, geöffnet und geschlossen werden kann.
  • Ein Bohreimer mit einem Drehboden geht aus der EP 2 840 882 A1 hervor.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrpfahles anzugeben, mit welchen ein Bohrpfahl besonders zuverlässig und effizient herstellbar ist.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung zum einen durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrschnecke und das Bohrrohr axial zueinander zwischen einer ersten Hubposition und einer zweiten Hubposition verstellbar sind, dass in der ersten Hubposition sich der Drehboden in der Bohrposition mit geöffnetem Durchgang befindet und dass in der zweiten Hubposition der Drehboden in seiner Verschlussposition mit verschlossenem Durchgang angeordnet ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, die beiden Betriebsstellungen des Drehbodens, nämlich einerseits die Bohrposition mit geöffnetem Durchgang für das Bodenmaterial und der Verschlussposition andererseits durch eine gezielte Axialbewegung zwischen Bohrschnecke und Bohrrohr einzustellen. In der Verschlussposition ist der Drehboden verriegelt, wobei der Durchgang zur Bohrwendel verschlossen ist. Ein Lösen der Verschlussposition ist erst durch eine weitere entgegengesetzte Axialbewegung möglich. Auf diese Weise kann die Bohrvorrichtung mit dem Drehboden in der Verschlussposition problemlos unter Anwendung einer Drehbewegung, auch einer reversierenden Drehbewegung, aus dem Bohrloch zurückgezogen werden, ohne dass die Gefahr eines unbeabsichtigten Öffnen eines Drehbodens besteht. Somit lässt sich die Bohrvorrichtung leicht zurückziehen ohne Gefahr eines unbeabsichtigten Eintritts von abgebohrtem Bohrmaterial von den Bohrwendeln in den Bereich des Bohrlochs.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, durch welche eine Verdrehung des Drehbodens in seiner Verschlussposition in zumindest einer Drehrichtung gesperrt ist. Vorzugsweise ist die Sperrung in beiden Drehrichtungen vorgesehen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Sperreinrichtung mindestens ein radial gerichtetes Sperrelement am Umfang des Drehbodens und mindestens einen Sperranschlag an einer Innenwandung des Bohrrohrs aufweist. Das radial gerichtete Sperrelement kann dabei ein einfacher Zapfen oder eine Nase oder eine radial gerichtete Anschlagfläche am Außenumfang des Drehbodens sein. Vorzugsweise sind mehrere Sperrelemente verteilt über den Umfang angeordnet.
  • Der Sperranschlag kann eine oder zwei Anschlagleisten aufweisen. Bei zwei Anschlagleisten kann das radial gerichtete Sperrelement am Umfang des Drehbodens axial in einen verlaufenden Zwischenraum zwischen den beiden axialen Anschlagleisten eingefahren werden. Grundsätzlich ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei welcher mindestens ein radial gerichtetes Sperrelement sich am Innenumfang des Bohrrohrs radial nach innen erstreckt, während eine oder mehrere Anschlagleisten am Außenumfang des Drehbodens vorgesehen sind. Sperrelement und/oder Sperranschlag können jeweils lösbar am Drehboden beziehungsweise am Bohrrohr gehaltert sein.
  • Die Erfindung ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante bevorzugt dadurch weitergebildet, dass entlang des Innenumfangs des Bohrrohrs mindestens eine schräg verlaufende Führungsleiste angeordnet ist, welche beim axialen Verstellen von der ersten Hubposition in die zweite Hubposition mit mindestens einem Nockenelement an dem Drehboden zusammenwirkt, wobei der Drehboden in die Verschlussposition verdrehbar ist. Es ist sozusagen ein Nocken-Nockenfolgemechanismus vorgesehen, durch welchen die axiale Hubbewegung in eine zumindest teilweise Drehbewegung des Drehbodens umgesetzt wird. Vorzugsweise ist das radial gerichtete Sperrelement gleichzeitig das Nockenelement. Es kann jedoch auch ein separates Nockenelement vorgesehen sein, welches mit einer reibungsreduzierenden Einrichtung, etwa einer Rolle, versehen ist. Auch kann die Führungsleiste in den Sperranschlag übergehen und somit einen Teil der Sperreinrichtung bilden. Des Weiteren ist auch eine kinematische Umkehr möglich, wobei das Nockenelement dann an der radialen Innenseite des Bohrrohrs und eine Führungsleiste an der Bohrwendel vorgesehen ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Seelenrohr der Bohrschnecke in einem unteren Bereich mindestens eine Austrittsöffnung für ein aushärtbares Füllmaterial aufweist. Über das Seelenrohr kann das Füllmaterial, insbesondere Beton oder eine andere aushärtbare Masse oder ein sonstiges schüttfähiges Füllgut, wie Sand, Kies, Gips etc. beim Ziehen des Bohrrohres in das frei werdende Bohrloch eingeleitet werden. Beim Zurückziehen der Bohrvorrichtung mit dem stützenden Bohrrohr kann so die Abstützung der Bohrlochwandung unmittelbar durch das Füllgut übernommen werden. Das Füllgut kann unmittelbar oder nach Zugabe eines weiteren Zusatzes zu dem Bohrpfahl aushärten.
  • Vorzugsweise weist die Austrittsöffnung für das Füllmaterial einen Verschluss auf. Bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass in der ersten Hubposition die Austrittsöffnung für das Füllmaterial geschlossen ist und dass in der zweiten Hubposition die Austrittsöffnung für das Füllmaterial geöffnet ist. Das Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung für das Füllmaterial kann durch eine separate Verschlusseinrichtung erfolgen, welche von außen gesteuert wird. Die Verschlusseinrichtung für die Austrittsöffnung steht bevorzugt in unmittelbarer Verbindung mit dem Drehboden, wobei beim Verstellen des Drehbodens von der Bohrposition in die Verschlussposition gleichzeitig die Austrittsöffnung von der geschlossenen Position in die geöffnete Position verstellt wird. Dies kann durch einen entsprechenden Schieber an der Außenseiten oder Innenseite des Seelenrohres erreicht werden, wobei der Schieber fest mit dem Drehboden verbunden ist oder mit dem Drehboden in mechanischer Wirkverbindung steht.
  • Eine besonders kompakte Anordnung wird nach einer Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erreicht, dass der Drehboden an einem unteren Ende des Seelenrohres drehbar gelagert ist und dass an einer Unterseite des Drehbodens Bodenabtragswerkzeuge angeordnet sind. Die Bodenabtragswerkzeuge können Meißel oder Abtragszähne sein. Im Bereich der Drehachse des Drehbodens kann ein Pilot mit Zentrierspitze oder weiteren Abtragsmeißeln angeordnet sein. Grundsätzlich befindet sich die Austrittsöffnung für das Füllmaterial unterhalb des Drehbodens, so dass das Füllmaterial bei geschlossenem Drehboden aus dem Seelenrohr austreten kann.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bohrgerät zum Herstellen eines Bohrpfahls in einem Boden mit einem Trägergerät und einem auf dem Trägergerät angeordneten Mast, wobei gemäß der Erfindung die zuvor beschriebene Bohrvorrichtung vorgesehen ist. Grundsätzlich kann ein Bohrgerät eingesetzt werden, welches bis auf die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung wie ein herkömmliches Bohrgerät zum Doppelkopfbohren ausgebildet ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrgerätes besteht darin, dass eine Hubeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Bohrschnecke axial gegenüber dem Bohrrohr verstellbar ist. Die Hubeinrichtung kann vorzugsweise mindestens einen Stellzylinder, insbesondere einen Hydraulikzylinder aufweisen, durch welchen eine axiale Hubbewegung zwischen Bohrschnecke und Bohrrohr ausführbar ist. Vorzugsweise weist die Hubeinrichtung zwei oder mehr Stellzylinder auf. Die Hubeinrichtung kann vom Bediener des Bohrgerätes gesteuert werden, wobei vorzugsweise ein einfacher Stellknopf vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass an dem Mast ein erster Drehantrieb für die Bohrschnecke und ein zweiter Drehantrieb für das Bohrrohr axial verstellbar angeordnet sind. Bei den Drehantrieben handelt es sich vorzugsweise um hydraulische Antriebe, welche vorzugsweise mittels Stellzylindern oder Seilzugmechanismen entlang des Mastes verfahrbar sind. Vorzugsweise können die axialen Verfahrantriebe für die beiden Drehantriebe auch zum Einstellen des Hubweges verwendet werden, um Bohrrohr und Bohrschnecke axial zueinander zu verfahren.
  • Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Hubeinrichtung zwischen dem ersten Drehantrieb und dem zweiten Drehantrieb angeordnet ist. Der eine oder die mehreren Stellzylinder sind dabei zwischen den beiden Drehantrieben angeordnet, so dass die Drehantriebe in einfacher Weise zwischen der ersten Hubposition und der zweiten Hubposition relativ zueinander verschoben werden können. Der erste Drehantrieb ist dabei axial fest mit der Bohrschnecke und der zweite Drehantrieb axial fest mit dem Bohrrohr verbunden.
  • Hinsichtlich des Verfahrens ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstellen des Drehbodens die Bohrschnecke und das Bohrrohr axial zueinander zwischen einer ersten Hubposition und einer zweiten Hubposition verstellt werden, dass in der ersten Hubposition sich der Drehboden in der Bohrposition mit geöffnetem Durchgang befindet und dass in der zweiten Hubposition der Drehboden in seine Verschlussposition verstellt wird.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere die zuvor beschriebene Bohrvorrichtung beziehungsweise das zuvor beschriebene Bohrgerät einsetzbar. Es können die zuvor beschriebenen Vorteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden.
  • Grundsätzlich kann der Drehboden vor, nach oder während des axialen Verstellens in eine Verschlussposition verdreht werden, insbesondere mit einem der Drehantriebe.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante besteht gemäß der Erfindung darin, dass beim axialen Verstellen der Bohrschnecke relativ zum Bohrrohr der Drehboden zwischen der Bohrposition und der Verschlussposition verdreht wird. Vorzugsweise kann hierfür ein sogenannter Nocken-Nockenfolgemechanismus eingesetzt werden, durch welchen die axiale Verstellbewegung zumindest teilweise in eine gewünschte Verdrehbewegung umgesetzt wird. Durch diese Verdrehbewegung wird der Drehboden von der Bohrposition in die Verschlussposition oder gegebenenfalls umgekehrt verstellt. Somit kann lediglich durch eine axiale Verstellbewegung ein zuverlässiges Verschließen oder Öffnen des Drehbodens erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Drehboden in der Bohrposition eine Austrittsöffnung für ein aushärtbares Füllmaterial in einem unteren Bereich der mindestens einen Bohrwendel verschließt, dass der Drehboden in der Verschlussposition die Austrittsöffnung freigibt und dass über die Austrittsöffnung Füllmaterial zum Bilden des Bohrpfahles in das Bohrloch eingeleitet wird. Die Verstellung des Drehbodens kann dabei auch die Öffnung oder Schließung der Austrittsöffnung für das Füllmaterial steuern.
  • 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 schematische Seitenansicht eines Bohrgerätes mit einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung;
    Fig. 2
    eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung;
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung von unten;
    Fig. 4
    eine teilweise Schnittdarstellung der Bohrvorrichtung von Fig. 3 gemäß dem Schnitt A-A; und
    Fig. 5
    eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung.
  • Ein Bohrgerät 10 mit einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 20 ist in Fig. 1 dargestellt. Das Bohrgerät 10 weist ein Trägergerät 12 mit einem Raupenfahrwerk und einem drehbaren Oberwagen auf, an welchem ein vertikaler Mast 14 angeordnet ist. Entlang des Mastes 14 sind in bekannter Weise ein erster Drehantrieb 15 und ein zweiter Drehantrieb 16 vertikal verschiebbar gelagert und mittels eines Seilzugmechanismus 19 verfahrbar. Der erste Drehantrieb 15 ist fest mit einer Bohrschnecke 22 der Bohrvorrichtung 20 verbunden, um die Bohrschnecke 22 drehend anzutreiben. Unabhängig von der Drehung der Bohrschnecke 22 ist ein äußeres Bohrrohr 30 der Bohrvorrichtung 20 mit dem zweiten Drehantrieb 16 drehfest verbunden. Bohrschnecke 22 und Bohrrohr 30 können so unabhängig voneinander hinsichtlich Drehzahl und Drehrichtung sowie Drehmoment angetrieben werden. Die Drehantriebe 15, 16 sind jeweils unabhängig voneinander über Schlitten axial verfahrbar gelagert, wobei zwischen den beiden Drehantrieben 15, 16 eine nur schematisch dargestellte Hubeinrichtung 18 angeordnet ist. Mittels der Hubeinrichtung 18, welche mindestens einen Hydraulikzylinder aufweist, kann der erste Drehantrieb 15 relativ zu dem zweiten Drehantrieb 16 axial um einen definierten Hub verstellt werden.
  • Die Bohrschnecke 22 der Bohrvorrichtung 20 weist ein mittiges hohles Seelenrohr 24 auf, entlang dessen Umfang eine Förderwendel 24 zum Fördern abgearbeiteten Bodenmaterials angeordnet ist.
  • Ein unteres Ende einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 20 ist in Fig. 2 gezeigt. An dem zylindrischen Bohrrohr 30 ist lösbar eine untere ringförmige Schneideinrichtung 32 mit einer Vielzahl von nach unten gerichteten Abtragszähnen 34 angeordnet. Innerhalb der ringförmigen Schneideinrichtung 32 des Bohrrohres 30 ist drehbar die Bohrschnecke 22 mit dem mittigen Seelenrohr 26 und der nur teilweise zu erkennenden Bohrwendel 24 angeordnet.
  • Am unteren Ende der Bohrschnecke 22 befindet sich ein Drehboden 40, welcher im Wesentlichen aus einer drehbar gelagerten Platte 42 mit zwei seitlichen, gegenüberliegenden V-förmigen Ausnehmungen 46 besteht. In der dargestellten ersten Hubposition bilden die beiden Ausnehmungen 46 in der Platte 42 einen geöffneten Durchgang, durch welchen von den Bodenabtragswerkzeugen 48 abgearbeitetes Bodenmaterial in das Innere des Bohrrohres 30 gelangen und über die mindestens eine Bohrwendel 24 nach oben abgefördert werden kann. Am Außenumfang der Platte 42 sind weitere Meißel 49 zum Abtragen des Bodens angeordnet. Weiterhin ist in einem radialen Außenbereich des Drehbodens 40 über jeweils einen U-förmigen Halter 52 ein radial gerichtetes Sperrelement 50 lösbar gelagert. Weiterhin ist in einem Mittenbereich des Drehbodens 40 eine Pilotspitze 44 vorgesehen, welche ebenfalls mit mehreren Abtragsmeißeln versehen ist.
  • Der Aufbau des unteren Bereiches der Bohrvorrichtung 20 mit dem Drehboden 40 ist weiter in den Figuren 3 und 4 verdeutlicht. Über ein mittiges Drehlager 43 ist die Platte 42 des Drehbodens 40 drehbar um eine Mittenachse der Bohrvorrichtung 20 gelagert. In der dargestellten zweiten Hubposition gelangen die radial gerichteten äußeren Sperrelemente 50 am Drehboden 40 in Umfangsrichtung in Eingriff mit den radial nach innen vorstehenden Sperranschlägen 60, welche von einer Außenseite des Bohrrohres 30 radial nach innen ragend eingeschraubt sind. In dieser in den Figuren 3 und 4 dargestellten zweiten Hubposition ist der Drehboden 40 um etwa 90° verdreht zu einer festen Abschlussplatte 28 am unteren Ende der Bohrschnecke 22, so dass die Durchgänge in das Innere des Bohrrohres 30 verschlossen sind. In dieser Verschlussposition kann die Bohrvorrichtung 20 axial aus dem Bohrloch rückgezogen werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass abgebohrtes Bodenmaterial von der Bohrwendel 24 zurück in das Bohrloch fallen kann. In dieser Verschlussposition wird gleichzeitig eine nicht dargestellte Austrittsöffnung für ein Füllmaterial geöffnet, wobei über eine Leitung 27 im Inneren des Seelenrohres 26 Füllmaterial, etwa Beton, beim Rückziehen der Bohrvorrichtung 20 in das Bohrloch eingeleitet werden kann.
  • In Fig. 5 ist anschaulich dargestellt, wie das radial nach außen gerichtete Sperrelement 50 am Außenumfang des Drehbodens 40 zum Sperren einer Verdrehbewegung in Anschlag mit dem radial von der Innenwand des Bohrrohres 30 ragenden Sperranschlag 60 kommt.

Claims (14)

  1. Bohrvorrichtung zum Herstellen eines Bohrpfahls in einem Boden mit
    - einer Bohrschnecke (22), welche drehend antreibbar ist und mindestens eine Bohrwendel (24) aufweist, welche entlang einem zentralen Seelenrohr (26) verläuft,
    - einem Bohrrohr (30), welches unabhängig von der Bohrschnecke (22) drehend antreibbar ist und die Bohrschnecke (22) zumindest abschnittsweise umgibt, und
    - einem Drehboden (40), welcher drehbar an einem unteren Bereich der Bohrschnecke (22) angeordnet ist und zwischen einer Bohrposition, bei welcher ein Durchgang (29) für Bodenmaterial zur Bohrwendel (24) geöffnet ist, und einer Verschlussposition verstellbar ist, in welcher der Durchgang (29) verschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Verstellen des Drehbodens (40) die Bohrschnecke (22) und das Bohrrohr (30) axial zueinander zwischen einer ersten Hubposition und einer zweiten Hubposition verstellbar sind,
    dass in der ersten Hubposition sich der Drehboden (40) in der Bohrposition mit geöffnetem Durchgang (29) befindet und
    dass in der zweiten Hubposition der Drehboden (40) in seiner Verschlussposition mit geschlossenem Durchgang (29) angeordnet ist.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, durch welche eine Verdrehung des Drehbodens (40) in seiner Verschlussposition in zumindest einer Drehrichtung gesperrt ist.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sperreinrichtung mindestens ein radial gerichtetes Sperrelement (50) am Umfang des Drehbodens (40) und mindestens einen Sperranschlag (60) an einer Innenwandung des Bohrrohrs (30) aufweist.
  4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass entlang des Innenumfangs des Bohrrohrs (30) mindestens eine schrägverlaufende Führungsleiste angeordnet ist, welche beim axialen Verstellen von der ersten Hubposition in die zweite Hubposition mit mindestens einem Nockenelement an dem Drehboden (40) zusammenwirkt, wobei der Drehboden (40) in die Verschlussposition verdrehbar ist.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Seelenrohr (26) der Bohrschnecke (22) in einem unteren Bereich mindestens eine Austrittsöffnung für ein Füllmaterial aufweist.
  6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der ersten Hubposition die Austrittsöffnung für das Füllmaterial geschlossen ist und
    dass in der zweiten Hubposition die Austrittsöffnung für das Füllmaterial geöffnet ist.
  7. Bohrvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehboden (40) an einem unteren Ende des Seelenrohrs (26) drehbar gelagert ist und
    dass an einer Unterseite des Drehbodens (40) Bodenabtragswerkzeuge (48) angeordnet sind.
  8. Bohrgerät zum Herstellen eines Bohrpfahls in einem Boden mit einem Trägergerät (12) und einem auf dem Trägergerät (12) angeordneten Mast (14),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Bohrvorrichtung (20) nach einem der vorherigen Ansprüche vorgesehen ist.
  9. Bohrgerät nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Hubeinrichtung (18) vorgesehen ist, mit welcher die Bohrschnecke (22) axial gegenüber dem Bohrrohr (30) verstellbar ist.
  10. Bohrgerät nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem Mast (14) ein erster Drehantrieb (15) für die Bohrschnecke (22) und ein zweiter Drehantrieb (16) für das Bohrrohr (30) axial verstellbar angeordnet sind.
  11. Bohrgerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hubeinrichtung (18) zwischen dem ersten Drehantrieb (15) und dem zweiten Drehantrieb (16) angeordnet ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Bohrpfahls im Boden mit einer Bohrvorrichtung (20), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
    - zum Erstellen eines Bohrlochs im Boden eine Bohrschnecke (22) mit mindestens einer Bohrwendel (24) drehend angetrieben wird,
    - ein Bohrrohr (30), welches die Bohrschnecke (22) zumindest abschnittsweise umgibt, unabhängig von der Bohrschnecke (22) drehend angetrieben wird,
    - ein Drehboden (40) am unteren Ende der Bohrschnecke (22) im Bohrbetrieb in eine Bohrposition verstellt wird, wobei ein Durchgang (29) geöffnet wird, durch welchen Bodenmaterial zur Bohrwendel (24) gelangt, und
    - der Drehboden (40) beim Ziehen der Bohrvorrichtung (20) aus dem Boden in eine Ver-schlussposition verstellt wird, in welchen der Drehboden (40) verschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zum Verstellen des Drehbodens (40) die Bohrschnecke (22) und das Bohrrohr (30) axial zueinander zwischen einer ersten Hubposition und einer zweiten Hub-position verstellt werden,
    - dass in der ersten Hubposition sich der Drehboden (40) in der Bohrposition mit geöffnetem Durchgang (29) befindet und
    - dass in der zweiten Hubposition der Drehboden (40) in seine Verschlussposition verstellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim axialen Verstellen der Bohrschnecke (22) relativ zum Bohrrohr (30) der Drehboden (40) zwischen der Bohrposition und der Verschlussposition verdreht wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüchen 12 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehboden (40) in der Bohrposition eine Austrittsöffnung für ein Füllmaterial in einem unteren Bereich der mindestens einen Bohrwendel (24) verschließt, und
    dass der Drehboden (40) in der Verschlussposition die Austrittsöffnung freigibt und dass über die Austrittsöffnung Füllmaterial zum Bilden des Bohrpfahles in das Bohrloch eingeleitet wird.
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